根據(jù)國家能源局十二五規(guī)劃，生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)是我國今后一段時期生物質(zhì)能規(guī)模化資源利用的主要方式之一。流化床燃燒發(fā)電是生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)的重要方式，秸稈類生物質(zhì)是我國主要的生物質(zhì)資源，具有堿金屬含量高的特點，流化床燃燒過程中堿金屬引發(fā)的爐膛結(jié)焦、受熱面積灰及腐蝕問題嚴(yán)重制約了鍋爐的安全及穩(wěn)定運行。因此，堿金屬問題已成為生物質(zhì)燃燒技術(shù)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，開發(fā)新型堿金屬控制技術(shù)成為目前生物質(zhì)燃燒技術(shù)的研究熱點。

　　研究所循環(huán)流化床實驗室依托國家自然科學(xué)基金（51106157），創(chuàng)新地引入城市下水污泥與生物質(zhì)進行混合燃燒，利用城市下水污泥中的磷成分，在控制堿金屬問題方面取得了系列研究進展。

　　研究獲得了城市污水污泥與秸稈流化床混合燃燒過程磷對堿金屬的固化反應(yīng)機理。研究表明，城市污泥中的磷元素是捕集堿金屬的有效成分，對于抑制秸稈堿金屬粘結(jié)有著重要的作用。城市污泥與生物質(zhì)混合燃燒時，污泥中的磷與生物質(zhì)中的堿金屬、堿土金屬發(fā)生相互作用形成固溶體，生成高熔點K-Ca-P化合物，抑制了低熔點堿金屬鹽的生成，避免了低溫共熔現(xiàn)象的發(fā)生。在秸稈中添加城市污水污泥，不僅解決了秸稈流化床燃燒的結(jié)焦問題，同時解決了秸稈燃燒中受熱面積灰、腐蝕問題。此外，結(jié)合城市污水污泥中磷的形態(tài)，研究人員提出了利用含磷化合物作為城市污水污泥中磷的模型化合物，研究其與秸稈混合燃燒過程中磷及堿金屬反應(yīng)機理的新思路，揭示了堿金屬與含磷模型化合物的反應(yīng)路徑和機理，獲得了秸稈與城市污水污泥混燒過程P-K的相互作用規(guī)律與反應(yīng)機理。

　　相關(guān)科研團隊對秸稈流化床燃燒堿金屬問題的解決方案進行了研究，綜合考察污泥對于粘結(jié)問題及污染物排放問題的影響，秸稈中添加污泥的最佳質(zhì)量份額為20%，在900℃的高溫下可以長時間連續(xù)運行，解決了秸稈燃燒的堿金屬問題，使秸稈與污泥流化床混燒技術(shù)具有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。針對磷元素對于堿金屬轉(zhuǎn)化的影響，科研人員研究了利用含磷化合物作為床料時，秸稈流化床燃燒過程中堿金屬的轉(zhuǎn)化遷移規(guī)律，研究結(jié)果表明富含磷元素的廢棄物可以作為替代床料，解決生物質(zhì)燃燒過程的堿金屬問題。我國含磷廢渣的年產(chǎn)量巨大，對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，如果能將含磷廢棄物與生物質(zhì)燃燒結(jié)合起來，在解決生物質(zhì)燃燒面臨的堿金屬問題的同時，可以實現(xiàn)廢棄物的資源化利用。

　　此外，針對城市污泥氮含量較高的特點，科研人員研究了秸稈與城市污泥混合熱解過程中氮元素的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。研究結(jié)果表明秸稈與城市污泥混合熱解過程中，秸稈中鉀等礦物質(zhì)對于氮元素的選擇型轉(zhuǎn)化有重要的催化作用，主要體現(xiàn)在礦物質(zhì)對于城市污水污泥和秸稈二次熱解產(chǎn)物哌嗪雙酮熱裂解路徑的改變；秸稈的主要組分對混合熱解過程氮的轉(zhuǎn)化有重要影響：半纖維素抑制了N-NH3的轉(zhuǎn)化，木質(zhì)素促進了N-NH3的轉(zhuǎn)化，纖維素對于氮元素轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律主要取決于秸稈和污泥種類。

　　相關(guān)研究成果已發(fā)表在Environmental Science & Technology、Applied Energy、Energy & Fuels等國際權(quán)威期刊上，并在國際會議作口頭報告3次。下一步將在目前研究的基礎(chǔ)上，繼續(xù)拓寬和深入解決城市污水污泥和生物質(zhì)混合燃燒過程中的核心問題，形成污泥和生物質(zhì)廢棄物資源化的協(xié)同處置技術(shù)。