环境污染严重与化石能源短缺是世界各国普遍面临的两大问题,在当前形势下,可再生能源的发展不仅是国际趋势,同样也是中国能源结构改革的方向。生物质能作为一种可再生能源成为当下的热点,然而生物质直燃锅炉受热面的积灰和腐蚀严重制约了生物质发电的推广。在生物质燃料中加入添加剂可以有效缓解这一问题。燃煤电厂粉煤灰的组分中,Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3几种成分都可以抑制生物质锅炉受热面腐蚀,以粉煤灰为基础加入CaO制成复合添加剂可有效发挥抑制腐蚀作用。本文采用试验研究与模拟分析相结合的方法研究以粉煤灰为基础的复合添加剂抑制腐蚀的规律,探究添加剂中的元素比例及添加剂的添加配比对腐蚀的影响,为生物质锅炉选取合适的添加剂提供依据。使用管式炉模拟生物质锅炉受热面的气氛,研究复合添加剂中CaO比例、复合添加剂添加配比、生物质种类和受热面管材类型对添加剂抑制腐蚀作用的影响规律,结果表明复合添加剂中CaO的比例在3%-6%时,添加剂抑制腐蚀的效果较好,最佳CaO添加比例为4%。对于小麦秸秆,当复合添加剂添加比例在4%-7%之间时,添加剂抑制腐蚀的效果显著,复合添加剂配比为6%时,抑制金属管材腐蚀的效果最佳;对于玉米秸秆,当复合添加剂在灰样中的比例在5%-9%之间时,添加剂对腐蚀的抑制效果较好,复合添加剂配比为8%时,添加剂抑制腐蚀的效果最佳。玉米秸秆的腐蚀性能高于小麦秸秆,这是由于玉米秸秆中碱金属元素含量高于小麦秸秆;几种金属管材的抗腐蚀性能为TP347H>T91>15CrMoG>20G,这与金属管材中Mo、Cr和Ni等元素的含量有关,Mo、Cr和Ni元素含量越高,金属管材的抗腐蚀性能越好。含Al的添加剂加入到生物质燃料中与KC1、K2SO4等发生反应,生成高熔点的硅铝酸盐,改善灰的熔融特性,从而抑制腐蚀。含Si添加剂加入到生物质燃料中后,通过与灰中的碱金属氯化物及碱金属硫酸盐发生反应,降低灰中KC1的含量,发挥抑制腐蚀作用。Ca单独作为添加剂时,会与S、Si反应生成复杂的化合物,导致添加剂中与A1协同作用的Si元素含量减少,加剧生物质锅炉受热面的腐蚀。Si、Al、Ca三种元素协同作用可以有效抑制生物质锅炉受热面金属的腐蚀,当三种元素的比例发生变化时,添加剂抑制腐蚀的效果也会发生改变。对于小麦秸秆而言,当加入复合添加剂后三种元素的比例为Si/Al/Ca=4.37:1:1.50时,复合添加剂的效果最佳;对于玉米秸秆,加入复合添加剂后三种元素的比例为Si/Al/Ca=2.61:1:1.40时,复合添加剂的效果最佳。使用热力学软件FactSage模拟不同条件下生物质燃料的燃烧过程,分析温度变化时不同元素作用下积灰中K、Cl成分的分布形态以及转化规律,探究Al、Si、Ca等元素在抑制腐蚀中的作用。结果表明,小麦秸秆发生燃烧反应时,气相中的产物主要是KCl(g),KCl(g)会在生物质锅炉受热面上形成积灰,引起腐蚀,通过加入添加剂降低KCl(g)含量有利于改善腐蚀。Al加入后,反应产物气相中KCl(g)的量减少,固相中硅酸钾化合物消失而硅铝酸钾的量增多,这有利于提高积灰的熔点,减轻锅炉受热面腐蚀。Si加入后,气相中KCl(g)的量有少量的减小,液相中K2Si4O9(l)的量增大,K2Si4O9(l)的生成使得积灰的熔点变得更低,加剧了受热面的腐蚀。Ca加入后,气相中HCl(g)的量减少,固相中高熔点化合物的量有所增大,气相中KCl(g)的量也增大,不利于改善积灰和腐蚀。Si和Al同时加入后,Al的含量不低于Si时,抑制腐蚀效果比Al的含量低于Si时更加显著,Si和Al的最佳比例为1:1。同时添加Si、Al、Ca,Ca的含量控制在一定范围时添加剂可以有效转化KCl,当Si:Al:Ca=1:1:1时,复合添加剂抑制腐蚀的效果最佳。