秸稈發電廠灰（渣）利用技術研究

廖 奇， 李幸濤， 王 曉， 聶 敏， 韓效釗，3

（1.合肥工業大學化工學院，安徽 合肥230009；2.合肥綠農肥業有限責任公司，安徽 合肥230088；3.合肥工業大學化工學院新型肥料研究所，安徽 合肥230009）

生物質發電是指將生物質轉變為電能的工藝過程［1］，自從1988年丹麥建成世界上第一座秸稈發電廠以來，秸稈發電技術已成為秸稈資源化利用的主要途徑［2］。我國是農業大國，秸稈資源豐富，年產量約為6.6億t，其中可作為能源利用的秸稈近2億t，至少可替代1億t的煤炭，因此秸稈發電具有巨大的發展潛力［3］。秸稈通常含有3%～5%的灰渣，這種灰以鍋爐飛灰和爐底灰渣的形式被收集，屬于草木灰系列，鉀含量較高，同時還含有豐富的營養成分如鎂、磷和鈣等，可用作高效農業肥料［4］。但國內對秸稈發電廠灰渣利用技術的報道不多，本文也僅對秸稈灰（渣）元素含量進行分析，并探討主要營養元素的活化效果。

1 實驗方法

1.1 實驗原料與儀器

（1）實驗原料：秸稈灰（渣）來自安徽某秸稈發電廠，包括爐灰和爐渣兩種形式，分別來自于發電廠的除塵器和鍋爐爐底。

（2）實驗儀器：原子吸收光度計（WFX－130B），分光光度計（722N），行星式球磨機（QM－3SP2），X射線熒光光譜儀（XRF－1800），X射線能譜儀（QUANTAX）

1.2 實驗流程

圖1 爐灰（渣）實驗流程示意圖

爐灰（渣）球磨后篩分過100目，進行元素分析；同時，在不同條件下進行活化，過濾后，采用原子吸收光度法、分光光度法、化學滴定法［5］等方法測定濾液中各元素含量，并計算營養元素的溶出率。

2 實驗結果及討論

2.1 X射線能譜分析（EDS）

圖2 爐灰能譜分析譜圖

圖3 爐渣能譜分析譜圖

譜圖2和3表明，爐灰和爐渣中均含有C、O、K、Mg、Na、Al、Si、Ca。但爐灰中還含有Cl和S，爐渣中還含有Fe和Zr。

2.2 X射線熒光光譜分析

取適量秸稈灰（渣）進行X射線熒光光譜定量分析，結果見表1和表2。

表1 爐灰含量

表2 爐渣含量

2.3 灰（渣）活化結果分析討論

灰（渣）中營養元素水溶性低，植物不易吸收，需要活化。本文考察了反應時間2h、液固比1∶1的條件下，不同溫度和活化劑對灰（渣）活化的效果。

2.3.1 溫度和活化劑對鉀溶出率的影響

圖4 秸稈爐灰K溶出率

圖5 秸稈爐渣K溶出率

從圖4、5可知水浸取爐灰和爐渣，K的溶出率隨溫度的升高呈上升趨勢。鹽酸、硝酸、硫酸浸取爐灰和爐渣，K的溶出率隨溫度變化不大。

2.3.2 溫度和活化劑對鐵溶出率的影響

圖6 秸稈爐灰Fe溶出率

圖7 秸稈爐渣Fe溶出率

從圖6、7知爐灰爐渣均幾乎無水溶性Fe元素。爐灰在鹽酸、硝酸、硫酸活化下溶出率隨溫度升高而增大，而爐渣隨溫度升高先降低再升高。

2.3.3 溫度和活化劑對鎂溶出率的影響

圖8 秸稈爐灰Mg溶出率

圖9 秸稈爐渣Mg溶出率

從圖8、9知爐灰爐渣均幾乎無水溶性 Mg元素，爐灰爐渣在鹽酸、硝酸浸取下，隨溫度升高溶出率逐漸增大，硫酸處理下效果不太明顯。

3 結論

（1）我國水溶性鉀資源十分貧乏，50%以上的土壤缺鉀、鋅、鎂等營養元素，而秸稈發電廠的爐灰中含7.88%K2O，爐渣中含5.57%K2O，并含有Mg、Fe、Ca、Zn等營養元素。因此，秸稈發電廠灰（渣）肥料化意義重大。

（2）通過酸浸處理，能夠活化中微量元素，提高鉀的水溶性，從而使灰（渣）中養分轉化為作物可吸收利用的形態。

（3）通過調整無機酸濃度降低揮發性和完善工藝條件降低產物硫酸鈣包裹灰（渣）都可能進一步提高營養元素的溶出率，因此，活化工藝需要繼續完善。

［1］吳占松.生物質能利用技術 ［M］.第1版.北京：化學工業出版社，2010.60.

［2］鄧可蘊.21世紀我國生物質能發展戰略［J］.中國電力，2000.9（4）：82－84.

［3］劉嗚迭，肖質凈，王厚鑫.高溫焚燒對秸稈灰渣養分含量的影響［J］.可再生能源，2009.27（3）：46.

［4］史麗杰.淺談生物質發電廠灰渣的綜合利用［J］.科技論壇，92

［5］張行峰.實用農化分析［M］.北京.化學工業出版社，2005：202－204.