硅铝添加剂对生物质锅炉受热面积灰腐蚀抑制作(6)

李云罡 等

高岭土与钾的反应基本上是按照K/Si = K/Al = 1 (摩尔比)的比例进行，生成物中大部分为高熔点硅铝酸盐KAlSiO 4 (熔点1540℃)，另外还有少量钾是以K 2SO 4形式存在[20]。

3.2. 造纸污泥

Matúš等[21]探究了造纸污泥作为生物质燃料添加剂的可能性，造纸污泥中含有高含量的方解石和高

岭土，成分组成为56.4%的灰分，27.7%的CaO ，3.2%的Al 2O 3，

4.7%的SiO 2，能够提高生物质灰的熔点，同时发现污泥中的纤维素成分还能改善生物质燃料颗粒的物理和机械性能，当小麦秸秆燃料中加入的造纸污泥添加剂含量在20%左右时，基本不会产生烧结和结渣。

3.3. 埃洛石

埃洛石是一种的低硬度的高铝硅酸盐粘土矿物，化学成分为45.8%的SiO 2，37.3%的Al 2O 3，0.5%的Fe 2O 3以及微量的CaO 和MgO ，燃烧温度达到550℃以上时会发生相变，可以与碱金属形成高熔点化合物，其化学组成与高岭土的化学组成相似。Mroczek 等[22]分别在小麦秸秆、油菜秸秆、油菜和谷物秸秆混合物、向日葵壳颗粒等几种生物质原料中加入埃洛石作为添加剂，通过检测发现，反应后的沉积物中KCl 和NaCl 的含量减少，表明埃洛石添加剂可以有效的抑制腐蚀。埃洛石的添加对抑制灰分的烧结和提高软化温度有着积极作用，这种作用受添加剂粒度的影响，添加剂粒度越小，效果越好[23]。

3.4. 粉煤灰

粉煤灰存在于燃煤电厂的烟气中，是从电厂排放的烟气中捕集下来的细灰。燃煤电厂粉煤灰的主要组成成分为SiO 2、A12O 3、FeO 、Fe 2O 3、CaO 、TiO 2等，具体化学成分含量因煤的产地、煤的燃烧方式和程度等不同而有所变化，我国电厂粉煤灰的成分中SiO 2约占43%~56%，Al 2O 3约占20%~32%，Fe 2O 3约占4%~10%。

Coda 等[24]以冷杉和农业废弃物的混合物作为原料，加入粉煤灰作为添加剂进行了实验，发现生成物中不仅含有硅铝酸盐，还含有铝的氧化物和其它化合物。由于粉煤灰中含有大量的灰，抑制腐蚀的效果不如单独的Al 添加剂，但粉煤灰价格低廉，来源广泛，可以作为生物质锅炉的添加剂。

朱文斌[25]研究了4种不同粉煤灰作为添加剂对对覆盖麦秆灰的15CrMo 的腐蚀影响规律，含添加剂的试验组腐蚀增重量与未采用添加剂的对照组对比发现，腐蚀反应受到不同程度的抑制。粉煤灰中含有较多的二氧化硅和氧化铝，化学性质比较稳定，腐蚀性比较小。加入粉煤灰添加剂后，灰中的碱金属氯化物被粉煤灰捕集，转化为其他熔点较高或腐蚀性较低的物质，如硅铝酸盐等。随着碱金属元素被固定，碱金属氯化物中的氯以Cl 2或HCl 的形式逃逸到空气中，积灰中残存的Cl 含量大大减少使腐蚀大大减弱。

4. 添加剂中硅铝比例

Al 和Si 对于降低生物质灰中Cl 的含量都具有一定的效果，高岭土、粉煤灰等硅铝酸盐添加剂加入到燃料中进行燃烧时两种元素共同作用从而抑制生物质灰的腐蚀，如何控制Al 和Si 两种元素的比例，使添加剂的作用效果达到最大，是硅铝酸盐添加剂及复合添加剂研究的主要方向。

高岭土作为添加剂时，会在燃烧过程中生成高熔点的KAlSiO 4和KAlSi 2O 6从而减缓腐蚀。当添加剂中Si 元素含量较高时，反应产物会向K 2Si 2O 5和K 2Si 4O 9转化，其反应方程式如下所示：

222252SiO K O K Si O +→ (25)

222494SiO K O K Si O +→ (26)

而K 2Si 2O 5(熔点1015℃)和K 2Si 4O 9 (熔点850℃)是低熔点的化合物，

这种共晶体化合物存在于灰中并

DOI: 10.12677/aepe.2020.82006

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