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玉米秸秆的能源化利用是解决秸秆的大规模工业化利用、抑制秸秆露天焚烧的重要途径,在从秸秆获得能量的同时,实现二氧化碳的可控排放。通过热化学转换技术,包括直接燃烧,热解和气化等方式,可将秸秆转化为气体、液体和固体燃料。在秸秆类原料热转化过程中,焦油转化、燃气组分调整和秸秆中碱金属和氯引起的腐蚀、沉积以及床料聚团等问题,是先进的玉米秸秆能源转化技术开发需要解决的难点。氧化钙CaO作为热转化过程的添加剂,可以对热转化过程大分子中间产物的深度反应产生催化作用、抑制硫化物、碱金属和氯化合物的释放,并有利于改善秸秆的灰渣特性。同时,氧化钙作为一种CO2吸收材料,可以通过碳酸盐化反应实现热转化过程中CO2的原位分离和固定,有利于CO2排放的控制。本文工作基于秸秆的定向性热转化技术开发,系统地研究了 CaO添加对于热转化体系中热解、燃烧机理和CO2吸收、灰渣特性等几个关键过程的影响机制。对玉米秸秆的燃料特性进行了分析,测定其组成,分析秸秆在热转化过程中的转化行为。玉米秸秆挥发分含量高,固定碳含量相对较低,但由于氧含量高,热值较低,作为燃料利用能量密度低。玉米秸秆灰熔点在1100℃上下,属于严重结渣样本。玉米秸秆的热转化过程主要包括水分析出阶段(150℃以下),挥发分析出阶段(150℃到600℃左右),580℃以后为残余物的缓慢分解过程。在燃烧条件下,挥发分析出之后将与氧气发生燃烧反应,使得各阶段均加速进行,400℃之前进行挥发分燃烧,挥发分析出结束之后主要进行固定碳燃烧。采用热重分析深入研究了 CaO添加对玉米秸秆的热解、燃烧过程的影响。CaO的添加对水分、挥发分析出造成了阻滞,阻碍了热传导和气相的析出。CaO的存在可促使焦油等大分子的转化在较低温度下进行,利于热解过程的快速进行。在700℃以下,CaO在热解和燃烧过程中均表现出对CO2的吸收作用。CO2吸收过程作为放热过程,对于热转化过程的热效应有一定影响。CaO的存在造成着火点升高,挥发分析出速率下降,固定碳燃尽温度升高。CaO添加对降低结渣率有一定的效果。CaO添加量达到30%时,结渣率明显下降,但添加量为100%时结渣率反而上升。添加10%CaO的抗结渣效果不明显,添加30%CaO时玉米秸秆的灰渣结渣性处于弱结渣区。对灰渣物相成分的变化分析表明,在玉米秸秆灰渣中K和Si元素主要表现为Si02、KCl和KAlSi308,KC1和KAlSi308属于低熔点物质,是造成燃烧结渣的主要因素。随着CaO添加量增加,高熔点含Ca物质减弱了低熔点钾化合物的影响,并在反应中生成了较多Ca2Si04等高熔点物质,整体抗结渣性能提升。玉米秸秆灰渣呈现光滑的熔融态,而添加CaO后灰渣出现明显的鳞片状变化,30%CaO添加量时在鳞片状物质中夹杂着规则的CaC03晶形体,CaO对灰的熔融性起到了明显的分散抑制作用。灰熔点分析也证明了 CaO添加量超过10%时,灰渣软化温度超过1400℃。本文围绕氧化钙对玉米秸秆热转化过程的影响进行了系统研究,获得了对热转化过程行为的影响机制和对灰渣特性的研究结果,对于相关热转化技术的开发提供了数据和基础支持,具有重要的科学意义和应用价值。