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木屑顆粒機  生物質成型顆粒燃料的灰熔點較低，燃燒過程容易結渣，影響燃燒效率及鍋爐出力，嚴重時會造成鍋爐停機。生物質成型顆粒燃料易于結渣的根本原因在于堿金屬元素能夠降低灰熔點，導致結渣。生物質中的鈣和鎂元素通常會提高灰熔點，鉀元素可以降低灰熔點，硅元素在燃燒過程中容易與鉀元素形成低熔點化合物。農作物秸稈中鈣元素含量較低，鉀元素和硅元素含量較高，因此農作物秸稈的灰熔點較低，燃燒溫度超過700℃時即會引起聚團結渣，達到1000℃以上將會嚴重結渣 生物質成型顆粒燃料結渣的形成過程可以描述為三個階段：
    (1)灰粒軟化具有黏性。成型顆粒燃料燃燒過程中，隨著爐溫的升高，局部達到了灰的軟化溫度，這時灰粒就會軟化，灰中的鈉、鈣、鉀以及少量硫酸鹽就會形成—個黏性表面。
    (2)灰粒熔融形成聚團。隨著爐膛內溫度的進一步升高，氧化層和還原層內溫度超過了灰的軟化溫度，熔融的灰粒開始具有流動性，特別是在還原層內，燃料中的Fe3+被還原成Fe2+，致使燃料的灰熔點降低，灰粒在還原層大都軟化并相互吸附，形成一個大的流態(tài)共熔體。
    (3)聚團冷卻形成結渣。熔融態(tài)的灰粒聚團塊溫度逐漸降低，冷卻后形成固體，黏附在爐排或水冷壁上形成結渣。
2、結渣機理
    生物質秸稈類燃料灰渣與木質燃料及煤炭灰渣相比，堿性氧化物含量高導致灰熔融溫度低是其結渣的最主要原因。生物質燃料的灰渣組成主要有Si02. Fe203. Al203、Ca0. Mg0、Ti02、S03、K20、 Na20、P20s等，其中鉀、硫和氯元素在生物質燃燒過程對形成結渣起到關鍵作用。
    鉀元素是影響生物質成型顆粒燃料結渣的主要元素。在生物質燃料中鉀元素以有機物的形式存在，在燃燒過程中汽化和分解，形成氧化物、氯化物和硫酸鹽，這些化合物都表現(xiàn)為低熔點。當鉀和其化合物凝結在灰粒上時，灰粒表面就會富含鉀，這樣就會使灰粒更具有黏性和低熔點。
    實驗表明，生物質燃燒過程中有機鉀轉化為不同形式的無機鉀鹽和不同的K2O-SiO2共晶化合物。聚團和不流化過程對于溫度非常敏感，降低溫度可以明顯減少聚團和結渣。研究認為，生物質尤其是秸稈中富含鉀和鈉元素的化合物，與生物質燃料中混有砂土的S102反應，生成低熔點的共晶體，漸漸聚團后形成大面積結渣。
  反應方程式如下：
2SiO2+Na2O→Na2O·2SiO2
4SiO2+K2O→K2O·4SiO2
    這兩個反應可以形成熔點僅為650～700℃的共晶化合物，正是這些熔融態(tài)的物質充當灰粒之間的黏合劑而引起了聚團和結渣。
    硫元素在燃燒過程中，從燃料顆粒中揮發(fā)出來，與氣相的堿金屬元素發(fā)生化學反應生成堿金屬類的硫化物，這些化合物將會凝結在灰?；驙t排上。在沉積物表面，含堿金屬元素的凝結物還會繼續(xù)與氣相含硫物質發(fā)生反應生成穩(wěn)定的硫酸鹽，多數(shù)硫酸鹽呈熔融狀態(tài)，會增加沉積層表面的黏性，加劇結渣的程度。實踐表明，單獨燃燒鈣、鉀含量高，含硫量少的木質生物質時，積灰結渣程度低；而當燃燒秸稈類生物質成型顆粒燃料，尤其含硫高的稻草燃料時，則結渣就很嚴重，且沉積物中富含K：S04和CaS04。硫酸鈣被認為是灰粒的黏合劑，能夠加重結渣的程度。
    氯元素在結渣中起著重要的作用。首先，在生物質燃燒時，氯元素起著傳輸作用，有助于堿金屬元素從燃料內部遷移到表面與其他物質發(fā)生化學反應；其次，氯元素有助于堿金屬元素的汽化。氯元素能與堿金屬硅酸鹽反應生成氣態(tài)堿金屬氯化物。這些氯化物蒸氣是穩(wěn)定的可揮發(fā)物質，與那些非氯化物的堿金屬蒸氣相比，它們更趨向于沉積在燃燒設備的下游；同時，氯元素還有助于增加許多無機化合物的流動性，特別是含鉀元素的化舍物。經(jīng)驗表明，決定生成堿金屬蒸氣總量的限制因素不是堿金屬元素，而是氯元素。隨著堿金屬元素汽化程度的增加，沉積物數(shù)量和其黏性也增加。堿金屬含量高而氯含量低的燃料，其積灰結渣程度要比兩者含量都較高的燃料輕。氯可以和堿金屬形成穩(wěn)定且易揮發(fā)的堿金屬化合物，氯的濃度決定了揮發(fā)相中堿金屬的濃度。在多數(shù)情況下，氯起輸送作用，將堿金屬從燃料中帶出。在600℃以上，堿金屬氯化物在高溫下開始進入氣相，是堿金屬析出的一條最主要途徑。
    堿金屬無論作為氧化物、氫氧化物、有機金屬化合物都將與二氧化硅結合生成低熔點的共晶體。二氧化硅和堿金屬氧化物是生物質灰的主要組成成分。二氧化硅的熔點為1700℃，當32%的氧化鉀和68%的二氧化硅混合時，混合物的熔點僅為769℃。該比例非常接近含有2s%～3s%堿金屬氧化物的生物質灰的成分。
    很顯然，生物質尤其是秸稈類燃料燃燒過程結渣主要受堿金屬和氯、硫元素的影響，堿金屬和氯、硫元素的含量越高，越易于形成低熔點的共晶體，越易發(fā)生聚團結渣，影響正常燃燒工況。
 生物質成型顆粒燃料結渣的形成過程可以描述為三個階段：
    (1)灰粒軟化具有黏性。成型顆粒燃料燃燒過程中，隨著爐溫的升高，局部達到了灰的軟化溫度，這時灰粒就會軟化，灰中的鈉、鈣、鉀以及少量硫酸鹽就會形成—個黏性表面。
    (2)灰粒熔融形成聚團。隨著爐膛內溫度的進一步升高，氧化層和還原層內溫度超過了灰的軟化溫度，熔融的灰粒開始具有流動性，特別是在還原層內，燃料中的Fe3+被還原成Fe2+，致使燃料的灰熔點降低，灰粒在還原層大都軟化并相互吸附，形成一個大的流態(tài)共熔體。
    (3)聚團冷卻形成結渣。熔融態(tài)的灰粒聚團塊溫度逐漸降低，冷卻后形成固體，黏附在爐排或水冷壁上形成結渣。
2、結渣機理
    生物質秸稈類燃料灰渣與木質燃料及煤炭灰渣相比，堿性氧化物含量高導致灰熔融溫度低是其結渣的最主要原因。生物質燃料的灰渣組成主要有Si02. Fe203. Al203、Ca0. Mg0、Ti02、S03、K20、 Na20、P20s等，其中鉀、硫和氯元素在生物質燃燒過程對形成結渣起到關鍵作用。
    鉀元素是影響生物質成型顆粒燃料結渣的主要元素。在生物質燃料中鉀元素以有機物的形式存在，在燃燒過程中汽化和分解，形成氧化物、氯化物和硫酸鹽，這些化合物都表現(xiàn)為低熔點。當鉀和其化合物凝結在灰粒上時，灰粒表面就會富含鉀，這樣就會使灰粒更具有黏性和低熔點。
    實驗表明，生物質燃燒過程中有機鉀轉化為不同形式的無機鉀鹽和不同的K2O-SiO2共晶化合物。聚團和不流化過程對于溫度非常敏感，降低溫度可以明顯減少聚團和結渣。研究認為，生物質尤其是秸稈中富含鉀和鈉元素的化合物，與生物質燃料中混有砂土的S102反應，生成低熔點的共晶體，漸漸聚團后形成大面積結渣。
  反應方程式如下：
2SiO2+Na2O→Na2O·2SiO2
4SiO2+K2O→K2O·4SiO2
    這兩個反應可以形成熔點僅為650～700℃的共晶化合物，正是這些熔融態(tài)的物質充當灰粒之間的黏合劑而引起了聚團和結渣。
    硫元素在燃燒過程中，從燃料顆粒中揮發(fā)出來，與氣相的堿金屬元素發(fā)生化學反應生成堿金屬類的硫化物，這些化合物將會凝結在灰?；驙t排上。在沉積物表面，含堿金屬元素的凝結物還會繼續(xù)與氣相含硫物質發(fā)生反應生成穩(wěn)定的硫酸鹽，多數(shù)硫酸鹽呈熔融狀態(tài)，會增加沉積層表面的黏性，加劇結渣的程度。實踐表明，單獨燃燒鈣、鉀含量高，含硫量少的木質生物質時，積灰結渣程度低；而當燃燒秸稈類生物質成型顆粒燃料，尤其含硫高的稻草燃料時，則結渣就很嚴重，且沉積物中富含K：S04和CaS04。硫酸鈣被認為是灰粒的黏合劑，能夠加重結渣的程度。
    氯元素在結渣中起著重要的作用。首先，在生物質燃燒時，氯元素起著傳輸作用，有助于堿金屬元素從燃料內部遷移到表面與其他物質發(fā)生化學反應；其次，氯元素有助于堿金屬元素的汽化。氯元素能與堿金屬硅酸鹽反應生成氣態(tài)堿金屬氯化物。這些氯化物蒸氣是穩(wěn)定的可揮發(fā)物質，與那些非氯化物的堿金屬蒸氣相比，它們更趨向于沉積在燃燒設備的下游；同時，氯元素還有助于增加許多無機化合物的流動性，特別是含鉀元素的化舍物。經(jīng)驗表明，決定生成堿金屬蒸氣總量的限制因素不是堿金屬元素，而是氯元素。隨著堿金屬元素汽化程度的增加，沉積物數(shù)量和其黏性也增加。堿金屬含量高而氯含量低的燃料，其積灰結渣程度要比兩者含量都較高的燃料輕。氯可以和堿金屬形成穩(wěn)定且易揮發(fā)的堿金屬化合物，氯的濃度決定了揮發(fā)相中堿金屬的濃度。在多數(shù)情況下，氯起輸送作用，將堿金屬從燃料中帶出。在600℃以上，堿金屬氯化物在高溫下開始進入氣相，是堿金屬析出的一條最主要途徑。
    堿金屬無論作為氧化物、氫氧化物、有機金屬化合物都將與二氧化硅結合生成低熔點的共晶體。二氧化硅和堿金屬氧化物是生物質灰的主要組成成分。二氧化硅的熔點為1700℃，當32%的氧化鉀和68%的二氧化硅混合時，混合物的熔點僅為769℃。該比例非常接近含有2s%～3s%堿金屬氧化物的生物質灰的成分。
    很顯然，生物質尤其是秸稈類燃料燃燒過程結渣主要受堿金屬和氯、硫元素的影響，堿金屬和氯、硫元素的含量越高，越易于形成低熔點的共晶體，越易發(fā)生聚團結渣，影響正常燃燒工況。

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