赵海波，徐文婷，宋蔷

（1国家开发银行企业局，北京 100031；2清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室，北京 100084）

生物质由于其可再生、碳中性的优势而备受重视。然而，生物质中钙（Ca）、氯（Cl）、硫（S）等矿物元素，特别是钾（K）的含量通常较高[1]。在其热利用过程中K的气相释放会造成严重的换热面积灰、结渣、腐蚀、颗粒物生成等问题[2-3]。另一方面，K对生物质的热解、气化和燃烧具有重要的催化作用[4-7]。因此，研究生物质热利用过程中K的迁移规律和机理具有重要意义。

研究表明，K在生物质中的赋存形式、热处理温度、热转化气氛以及矿物元素对K的释放都有重要影响[8-13]。例如，当温度低于700℃时，只有少量K（<10%）释放到气相中；当温度高于700℃时，K的释放比例随温度的增加而明显增加[9-10]。叶家铭等[12]在相同温度下进行小麦秸秆的热解和燃烧实验，发现氧化性气氛促进了K的气态释放。Knudsen等[10]研究了6种不同的草本生物质燃烧时K的释放规律，发现Cl会促进K的释放而硅（Si）对K的释放具有明显的抑制作用。

在前人研究基础上，有学者总结了生物质热转化过程中K可能的迁移路径[3,14-15]。首先，K以无机形式和有机形式存在于原始生物质中。在生物质脱挥发分阶段，部分有机K可能以小分子有机K或K原子的形式释放到气相中，其余的有机K会转化为生物质焦中更稳定的有机K（简称为char-K）。KCl会与生物质中官能团发生置换反应，释放出HCl等含氯化合物的同时生成char-K[9,16-17]。在高温下脱挥发分及生物质焦热转化过程中，KCl等无机K会发生气相释放，char-K也可能发生直接气相释放。在燃烧或气化气氛下，随着生物质焦有机结构的破坏，char-K除可能直接释放外，也有可能转化为K2CO3[3]。对于富含Si的草本生物质，K还会与Si反应生成难溶硅酸盐[14]。

由于原始生物质及生物质焦中K赋存形式多样，目前尚无法对其中K的赋存形式进行直接的定量测量，导致某些迁移途径的提出主要基于相关研究推断，缺乏直接的证据支持。……