煤灰掺杂对气化条件下生物质中不同无机形态钾迁移转化的影响

钾(K)是生物质中一种主要无机元素,在生物质气化过程中它的迁移转化会造成结渣、积灰和灰团聚等问题,掺杂富含硅(Si)和铝(Al)的煤灰是解决这些问题的有效途径之一。大部分生物质中K主要以K_(2)CO_(3)、K_(2)SO_(4)和KCl等水溶性无机盐形式存在,但不同种类生物质中这几种无机K盐组成差异较大,导致气化过程中灰团聚、结渣行为有较大差异。因此,该研究利用了负载K_(2)CO_(3)、K_(2)SO_(4)和KCl的松木模拟含不同无机形态K的生物质,在水蒸气和CO_(2)气氛下,系统研究了气化过程中煤灰对不同无机形态K迁移转化和在流化床条件下(石英砂为床料)灰团聚行为的影响。研究发现,尽管2种煤灰的晶体矿物组成不同,在气化过程中它们均与负载K_(2)CO_(3)和K_(2)SO_(4)的松木反应形成了钾霞石(KAlSiO_(4))。然而,对于负载KCl的松木,相比于水蒸气气氛,由于煤灰在CO_(2)气氛下生成钾霞石的能力较弱,因此大部分KCl主要通过物理吸附保留,导致K保留比较低。另外,负载KCl的松木气化残渣中K的保留比显著低于负载K_(2)CO_(3)或K_(2)SO_(4)的松木,说明生物质中KCl易挥发且与煤灰的反应较弱,更易造成灰沉积和腐蚀等问题。然而,热力学平衡计算表明3种K盐和煤灰反应主要生成白榴石或长石,与实验结果差别较大。最后,尽管煤灰的加入不能阻止团聚物形成,但抑制了负载K盐的松木和石英砂生成低温熔融硅酸钾的过程,使形成的团聚物更易破碎,可以有效缓解流化床中的灰团聚等问题。