硅铝添加剂对生物质锅炉受热面积灰腐蚀抑制作(7)

李云罡 等

不能抑制锅炉受热面的积灰和腐蚀。

当添加剂中Al 元素含量较高时，KAlSi 2O 6会转化为KAlSiO 4，其反应方程式如下所示：

2623242KAlSi O Al O K O 4KAlSiO ++→ (27)

KAlSiO 4比KAlSi 2O 6更稳定，加入适当的Al 有助于生成更多高熔点的KAlSiO 4，能够提高灰熔点，但铝化合物添加剂的制备造价太高，而加入过多的Al 对腐蚀的抑制增强并不显著，且当加入的Al 超过一定程度时，并不参与反应。

粉煤灰作为添加剂时，由于其含有一定的钙镁元素，当Si 含量高时发生反应生成K 2Si 2O 5，Ca 3Si 2O 7，MgOCa 3O 3Si 2O 4，Ca 2SiO 4等硅酸盐，与添加剂中的Si 和Al 接触，会优先于K 结合生成硅铝酸钙，从而使与碱金属结合的硅铝元素减少。所以调节添加剂中的硅和铝的比例至关重要。

朱文斌[25]将麦秆灰和粉煤灰按不同比例掺混进行了燃烧实验并对元素占比做了分析，结果显示随着Na 、K 元素的减少和Al 、Si 元素的增加，腐蚀逐渐减轻，但是腐蚀效果并不是受Al 和Si 的质量百分数控制，并非Al 和Si 元素的含量越高，添加剂的效果越好，Na 和K 的含量也会对其造成影响，当(Al + Si)/(Na + K)的摩尔比较大时，相同的时间内腐蚀增重量减少。且随着硅铝比由2:1逐渐逼近到1:1时，硅、铝元素对碱金属的捕集效果越来越强，与纯麦秆灰相比，添加二氧化硅和氧化铝作为添加剂后，受热面的金属腐蚀效果都得到一定的改善，但铝元素的效果优于硅元素，Si/Al 为1左右时，添加剂的效果最好。

赵青玲，王梅杰等[26]将CaO 、Al 2O 3和硅藻土按一定比例均匀混合，制成复合添加剂，加入到玉米秸秆中进行了实验，测定灰样的灰熔融性后发现，Ca 、Al 、Si 的摩尔比为1:0:2时灰熔点最低，当Ca 、A1、Si 的摩尔比为1:1:1时灰熔点最高。而后又对每组实验后的灰样进行了元素检测，结果显示：灰中K 的含量随着Al 所占比例的增大而增大，随Si 所占比例的增大而减小，原因是Al 会和生物质中的KCl 及SiO 2反应，生成高熔点的硅铝酸盐，从而降低腐蚀程度，而当SiO 2的量过高时，剩余的SiO 2和生物质中的K 反应生成K 2SiO 3 (熔点976℃)，K 2SiO 3熔点较低会在受热面上凝结加重腐蚀，其反应方程式为：

2232224SiO K CO K O 4SiO CO +→⋅+ (28)

同时还发现灰中K 的含量随着Ca 所占比例的增大而减小，这是由于Ca 和K 相比更容易与Al 、Si 发生反应，降低了添加剂的固钾能力。

5. 结语

本文主要探讨了含硅、铝添加剂对生物质锅炉受热面积灰腐蚀的影响及其作用机理，分析了影响作用效果的因素，并对有关硅铝添加剂中的最佳硅铝比进行了分析探讨，得到如下结论：

1) 添加剂加入到生物质燃料中，通过与碱金属元素和氯元素发生化学反应，生成高熔点的化合物，提高灰的熔点，同时减少灰中碱金属元素和氯元素的量，从而抑制生物质锅炉受热面的结渣和腐蚀。

2) 添加剂的比例、反应温度以及生物质种类都会影响添加剂的作用效果。一般来说，添加剂比例越大、温度越高，抑制腐蚀的效果越好；添加剂对稻秆和麦秆燃烧导致的腐蚀有明显抑制效果，而对玉米秸秆燃烧导致的腐蚀抑制效果较差。实际应用中常采用一些同时包含硅、铝的添加剂，如高岭土、造纸污泥、埃洛石、粉煤灰和硅藻土等。

3) 当添加剂中的硅铝比为1时，抑制腐蚀的效果很好。在添加剂中加入一些含钙的物质，使Ca:A1:Si 的摩尔比为1:2:1时，添加剂的作用效果也很好。还可以将现有的几种添加剂以一定比例混合或掺混其它含硅、铝的物质，但需要结合实际的运行情况，以便得到合理的掺混比例。

基金项目

感谢山东省自然科学基金项目(ZR2017MEE009)资助。

DOI: 10.12677/aepe.2020.82006

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