氧化鈣添加對(duì)玉米秸稈熱轉(zhuǎn)化特性影響研究.pdf

1、玉米秸稈的能源化利用是解決秸稈的大規(guī)模工業(yè)化利用、抑制秸稈露天焚燒的重要途徑，在從秸稈獲得能量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的可控排放。通過(guò)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)，包括直接燃燒，熱解和氣化等方式，可將秸稈轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料。在秸稈類(lèi)原料熱轉(zhuǎn)化過(guò)程中，焦油轉(zhuǎn)化、燃?xì)饨M分調(diào)整和秸稈中堿金屬和氯引起的腐蝕、沉積以及床料聚團(tuán)等問(wèn)題，是先進(jìn)的玉米秸稈能源轉(zhuǎn)化技術(shù)開(kāi)發(fā)需要解決的難點(diǎn)。
　　氧化鈣CaO作為熱轉(zhuǎn)化過(guò)程的添加劑，可以對(duì)熱轉(zhuǎn)化過(guò)程大分子中間產(chǎn)

2、物的深度反應(yīng)產(chǎn)生催化作用、抑制硫化物、堿金屬和氯化合物的釋放，并有利于改善秸稈的灰渣特性。同時(shí)，氧化鈣作為一種CO2吸收材料，可以通過(guò)碳酸鹽化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱轉(zhuǎn)化過(guò)程中CO2的原位分離和固定，有利于CO2排放的控制。
　　本文工作基于秸稈的定向性熱轉(zhuǎn)化技術(shù)開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)地研究了CaO添加對(duì)于熱轉(zhuǎn)化體系中熱解、燃燒機(jī)理和CO2吸收、灰渣特性等幾個(gè)關(guān)鍵過(guò)程的影響機(jī)制。對(duì)玉米秸稈的燃料特性進(jìn)行了分析，測(cè)定其組成，分析秸稈在熱轉(zhuǎn)化過(guò)程中的轉(zhuǎn)化行為。

3、玉米秸稈揮發(fā)分含量高，固定碳含量相對(duì)較低，但由于氧含量高，熱值較低，作為燃料利用能量密度低。玉米秸稈灰熔點(diǎn)在1100℃上下，屬于嚴(yán)重結(jié)渣樣本。玉米秸稈的熱轉(zhuǎn)化過(guò)程主要包括水分析出階段（150℃以下），揮發(fā)分析出階段（150℃到600℃左右），580℃以后為殘余物的緩慢分解過(guò)程。在燃燒條件下，揮發(fā)分析出之后將與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，使得各階段均加速進(jìn)行，400℃之前進(jìn)行揮發(fā)分燃燒，揮發(fā)分析出結(jié)束之后主要進(jìn)行固定碳燃燒。
　　采用熱重分析

4、深入研究了CaO添加對(duì)玉米秸稈的熱解、燃燒過(guò)程的影響。CaO的添加對(duì)水分、揮發(fā)分析出造成了阻滯，阻礙了熱傳導(dǎo)和氣相的析出。CaO的存在可促使焦油等大分子的轉(zhuǎn)化在較低溫度下進(jìn)行，利于熱解過(guò)程的快速進(jìn)行。在700℃以下，CaO在熱解和燃燒過(guò)程中均表現(xiàn)出對(duì)CO2的吸收作用。CO2吸收過(guò)程作為放熱過(guò)程，對(duì)于熱轉(zhuǎn)化過(guò)程的熱效應(yīng)有一定影響。CaO的存在造成著火點(diǎn)升高，揮發(fā)分析出速率下降，固定碳燃盡溫度升高。
　　CaO添加對(duì)降低結(jié)渣率有一定的

5、效果。CaO添加量達(dá)到30％時(shí)，結(jié)渣率明顯下降，但添加量為100％時(shí)結(jié)渣率反而上升。添加10％CaO的抗結(jié)渣效果不明顯，添加30％CaO時(shí)玉米秸稈的灰渣結(jié)渣性處于弱結(jié)渣區(qū)。對(duì)灰渣物相成分的變化分析表明，在玉米秸稈灰渣中K和Si元素主要表現(xiàn)為SiO2、KCl和KAlSi3O8，KCl和KAlSi3O8屬于低熔點(diǎn)物質(zhì)，是造成燃燒結(jié)渣的主要因素。隨著CaO添加量增加，高熔點(diǎn)含Ca物質(zhì)減弱了低熔點(diǎn)鉀化合物的影響，并在反應(yīng)中生成了較多Ca2SiO

6、4等高熔點(diǎn)物質(zhì)，整體抗結(jié)渣性能提升。玉米秸稈灰渣呈現(xiàn)光滑的熔融態(tài)，而添加CaO后灰渣出現(xiàn)明顯的鱗片狀變化，30％CaO添加量時(shí)在鱗片狀物質(zhì)中夾雜著規(guī)則的CaCO3晶形體，CaO對(duì)灰的熔融性起到了明顯的分散抑制作用?；胰埸c(diǎn)分析也證明了CaO添加量超過(guò)10％時(shí)，灰渣軟化溫度超過(guò)1400℃。
　　本文圍繞氧化鈣對(duì)玉米秸稈熱轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究，獲得了對(duì)熱轉(zhuǎn)化過(guò)程行為的影響機(jī)制和對(duì)灰渣特性的研究結(jié)果，對(duì)于相關(guān)熱轉(zhuǎn)化技術(shù)的開(kāi)發(fā)提供了