污泥抑制秸秆流化床燃烧粘结过程中磷和氮与碱金属的耦合作用及反应机理研究

流化床燃烧发电是秸秆等生物质资源化利用的重要方式，解决其燃烧过程中碱金属引发的粘结问题是当前研究热点。污水污泥中含有硅铝酸盐和磷酸盐等捕集碱金属的主要成分，其与生物质混烧有望解决粘结问题，但其中磷对碱金属转化的机制尚不清楚。此外，秸秆中碱金属对污泥氮的转化与磷对碱金属的转化之间的耦合作用尚待研究。借助管式炉和流化床实验平台，选取磷灰石作为污泥磷的模型化合物，从污泥磷的模型化合物、预处理污泥和真实污泥三个层面，探索污泥中磷和氮与生物质碱金属元素的耦合反应机制。通过本项目研究，阐明生物质与污泥流化床混烧时磷元素与粘结的关联特性，掌握利用污泥抑制生物质流化床燃烧粘结的方法；揭示生物质中碱金属对污泥氮迁移的影响规律。本项目对于优化解决生物质和污泥流化床混烧中的粘结问题和抑制氮氧化物的排放具有重要的理论价值和现实意义。

流化床燃烧发电是秸秆等生物质资源化利用的重要方式，生物质流化床燃烧过程中，面临的主要问题是碱金属（K和Na）引发炉膛结焦、尾部受热面积灰及对受热面形成腐蚀，解决碱金属引发的粘结问题关乎秸秆燃烧技术的发展。.本项目提出从污泥的特殊成分磷对碱金属的固化角度，利用城市污水污泥与秸秆混烧，解决秸秆流化床燃烧过程中碱金属问题的新思路。获得的主要研究成果如下：.结合城市污水污泥中磷的形态，提出利用含磷化合物作为污泥中磷的模型化合物，获得了反应温度和时间对Ca3(PO4)2与KCl反应产物的影响。揭示了碱金属与含磷模化物的反应路径和机理，阐明了秸秆与含磷模化物燃烧过程中碱金属与磷的迁移转化规律。.获得污泥与秸秆混合燃烧过程磷对碱金属的固化反应机理，掌握了污泥对秸秆流化床燃烧粘结失流特性的影响。在900℃高温下，污泥抑制秸秆燃烧过程粘结趋势。污泥灰中的磷元素及铝元素对碱金属具有捕集作用，碱金属转化生成高熔点的硅铝酸盐KAlSi3O8、KAlSi2O6和磷酸盐Ca9MgK(PO4)7，有效抑制秸秆燃烧时粘结失流问题的发生。从磷的模型化合物Ca3(PO4)2与秸秆流化床混烧的角度，验证了磷对秸秆燃烧粘结失流的抑制作用。探索了流化床燃烧时解决碱金属问题的城市污水污泥最佳掺混比例及其对磷元素与碱金属元素迁移转化路径的影响机理。.通过化学热平衡分析方法获得温度以及掺混比对秸秆与污泥混烧过程中钾的化学形态分布的影响，讨论了污泥对秸秆燃烧粘结、结渣等问题的抑制作用。计算结果与试验结果在趋势上具有一致性。.揭示秸秆与污泥混合热解过程中氮的迁移规律，秸秆中K、Ca等矿物质对于氮元素的选择型转化有重要的催化作用，体现在矿物质对于污泥和秸秆二次热解产物哌嗪双酮（DKP）热裂解路径的改变。获得了秸秆中主要组分纤维素、半纤维素、木质素对氮元素转化的影响机理，半纤维素抑制了N-NH3的转化，木质素促进了N-NH3的转化。获得了秸秆中氯元素对于氮元素转化的影响机理，氯元素影响了秸秆/污泥混合热解过程氮的转化路径，促进了N-HCN和N-HNCO的转化，抑制了N-NH3的转化。.本项目阐明了秸秆与污泥流化床混烧时磷元素与粘结的关联特性，掌握了利用污泥抑制秸秆流化床燃烧粘结的方法；揭示了生物质中碱金属对污泥氮迁移的影响规律，丰富和拓展了解决生物质碱金属问题的方法，促进了生物质与污泥废弃物的协同资源化利用技术发展。