大成生物质锅炉专家介绍,通过添加添加剂改变生物质灰分的化学组分是目前解决生物质结渣的方法之一。适量添加添加剂,能够有效地防止结渣的形成。常用的添加剂有以下几种。
1、钙基添加剂
文献中常见的钙基添加剂有 Ca(OH)2、方解石和CaO。CaO单质熔点较高约为2 521 ℃,钙基添加剂在一定的添加比例下可以升高燃料的灰熔点。钙离子可以和硅酸盐反应生成硅酸钙盐,同时在高温下钙离子可以融入硅酸钾盐中,使得钾进入气相,生成的硅酸钙盐熔融温度较硅酸钾盐高,所以当添加量较低时,钙基添加剂可以明显改善生物质的灰熔点。Toscano 等对生物质中添加较低含量的 CaO 时熔融温度进行研究,当添加量为0.2% 时,CaO 明显改善了生物质的熔融特性。
2、铝基添加剂
文献中常见的铝基添加剂有纯 Al2O3粉末、矾土和高岭土等。一般认为铝基添加剂可以提高灰熔点。Al2O3在灰熔融变化中起着骨架的作用,其晶体结构稳定,熔点为2 050 ℃,灰中含量越多,灰熔点越高。主要是铝基添加剂如高岭土 Al2Si2O5(OH)4可以捕获气相中的 KCl、K2SO4等碱金属,其反应机理:Al2 Si2O5 (OH) 4 + 2KCl → 2KAlSiO4 +H2O+2HClAl2 Si2O5 (OH) 4+2KCl+2SiO2→2KAlSi2O6+H2O+2HCl添加高岭土与生物质中的钾发生化学反应生成了 KAlSiO4 (钾长石)和 KAlSi2O6 (白榴石)等高熔点矿物质,同时抑制低熔点矿物质的生成,这些高熔点的矿物质在灰中起到骨架的作用,使熔融温度升高,结渣可能性降低。
3、硅基添加剂
文献中常见的硅基添加剂有Si粉、石英、硅酸盐和沸石等。生物质和煤燃料灰中含有一定量的SiO2,SiO2本身的熔融温度很高一般在 1 730 ℃,但在燃烧过程中灰中的 SiO2与其他氧化物反应生成的硅酸盐类矿物质,其熔点大大降低,其熔点随着这些硅酸盐类矿物质的熔点和量而变化。一般添加石英对结渣的影响不大,甚至可能降低燃料的灰熔点,主要是因为高温还原性气氛中活性较低的石英容易发生晶形转变,其生成的氧化硅会挥发出来形成极细的灰分颗粒。
4、磷酸盐添加剂
磷酸盐添加剂可以显著提高燃料的灰熔融温度。主要是磷酸盐可以捕集灰中的碱金属物质,抑制碱金属的进入气相,改善灰熔融特性。同时可以在灰中生成 K-Ca-P 的高熔点化合物,在灰中成为具有骨架作用的物质,使灰熔点升高。
5、铁基添加剂
文献中常见的铁基添加剂有黄铁矿、Fe2O3等。一般燃料铁含量是预测结渣的一个主要因素。铁基添加剂是可以降低燃料的灰熔点,是一种良好的助熔剂。主要是因为在高温还原层内高价的 Fe2O3被还原成低价的 FeO。而在高温下低价 FeO 会与 SiO2、CaO等化合物反应,生成低熔点共晶化合物。这些具有骨架作用的共晶体熔融温度的下降,使灰熔融温度进一步降低,使锅炉更容易出现结渣。一般 Fe2O3 的熔融温度比 FeO 高500 ℃。同时,Fe2O3的加入还抑制了高熔点的矿物质莫来石等的生成。