摘要:采用固定床管式反应器研究了三种生物质成型燃料棉杆、木屑和砂光粉热解过程中无机组分Na、K、Ca、Mg、Cl、S的迁徙转化。研究发现，生物质成型燃料中的S主要以有机态存在，其分解析出发生在600℃以下。而Cl的析出受挥发分析出的影响较大，低温下主要以HCl的形式随挥发分析出，高温下则主要以KCl的形式析出，但相比生物质原样，成型以后Cl的释放量有所减少。Na与K的析出规律有一定的相似性，而成型后由于挥发分中自由基与焦炭反应时间增长使Na与K的析出率增大;而Ca比Mg的析出量少。
关键词：生物质，成型燃料，热解，无机元素
0引言
生物质成型燃料是目前生物质能开发利用的主要发展方向之一，生物质成型以后其体积缩小约6-8倍，密度约为1.1~1.4g/cm3[1]，更加方便储运，燃烧性能平均提高20%[2]，不仅可以作为民用燃料，替代煤和燃气，也可以用于工业锅炉。截至2010年时，中国仅农业废弃物成型燃料的产量就达到了三百万吨[3]，预计到2020年产量约为五千万吨，具有广阔的市场前景。但是生物质成型燃料（尤其是农业废弃物成型燃料）在燃烧过程中会引起积灰结渣、高温腐蚀、颗粒物排放等灰分问题[4,5，6]，不仅影响设备的运行与寿命，并且污染环境，威胁人体健康。以往的研究表明这主要与生物质中的无机组分，尤其是Na、K、Ca、Mg、Cl、S元素等无机组分的迁徙转化有关[7,8]。而热解不仅是一个单独的热转化过程，而且是燃烧和气化过程中所必需的初始阶段[9]，无机组分在热解过程的迁移转化在很大程度上影响后续的气化、燃烧过程。因此，研究生物质成型燃料在热解过程中无机组分的迁移转化显得尤为重要。
成物质成型以后，挥发分的析出速率变慢，挥发分与焦炭有更长的接触时间，使生物质中的无机组分的析出特性可能产生很大的差别，而相关的研究还非常之少。Bläsing等[10]研究了800℃下，芒草、稻草和木屑成型燃料在气化过程中颗粒大小对于无机组分析出特性的影响，发现颗粒越大KCl和NaCl的析出量越大，而HCl和H2S的析出量则变小。不同的反应器对无机组分的析出特性也可能会产生影响，但是，Fagerström等[6]使用微型热重反应器在700℃和1000℃下对软木和麦秆成型燃料进行燃烧实验，发现K、Na、S、Cl的析出特性与成型颗粒在炉排锅炉燃烧过程中的析出规律是一致的。
无机组分在热转化过程中的析出是一个复杂的过程。碱金属盐K2CO3在自身分解的同时也对生物质三组分的热解有明显的催化作用[11]；而产生的HCl和SO2不仅会以气态释放出来，还会分别被生物质中固有的碱金属和有机结构所捕获[12]。但是，目前的研究更多地偏向于生物质原料。鉴于此，本文对生物质成型颗粒在热解过程中的K、Na、Ca、Mg以及S和Cl的迁移转化特性进行了研究,为成型燃料热化学转化的清洁高效利用提供依据。
作者：桑会英