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木屑顆粒機(jī)  生物質(zhì)成型顆粒燃料的灰熔點(diǎn)較低，燃燒過程容易結(jié)渣，影響燃燒效率及鍋爐出力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成鍋爐停機(jī)。生物質(zhì)成型顆粒燃料易于結(jié)渣的根本原因在于堿金屬元素能夠降低灰熔點(diǎn)，導(dǎo)致結(jié)渣。生物質(zhì)中的鈣和鎂元素通常會(huì)提高灰熔點(diǎn)，鉀元素可以降低灰熔點(diǎn)，硅元素在燃燒過程中容易與鉀元素形成低熔點(diǎn)化合物。農(nóng)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(nóng)作物秸稈的灰熔點(diǎn)較低，燃燒溫度超過700℃時(shí)即會(huì)引起聚團(tuán)結(jié)渣，達(dá)到1000℃以上將會(huì)嚴(yán)重結(jié)渣 生物質(zhì)成型顆粒燃料結(jié)渣的形成過程可以描述為三個(gè)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(dá)到了灰的軟化溫度，這時(shí)灰粒就會(huì)軟化，灰中的鈉、鈣、鉀以及少量硫酸鹽就會(huì)形成—個(gè)黏性表面。
    (2)灰粒熔融形成聚團(tuán)。隨著爐膛內(nèi)溫度的進(jìn)一步升高，氧化層和還原層內(nèi)溫度超過了灰的軟化溫度，熔融的灰粒開始具有流動(dòng)性，特別是在還原層內(nèi)，燃料中的Fe3+被還原成Fe2+，致使燃料的灰熔點(diǎn)降低，灰粒在還原層大都軟化并相互吸附，形成一個(gè)大的流態(tài)共熔體。
    (3)聚團(tuán)冷卻形成結(jié)渣。熔融態(tài)的灰粒聚團(tuán)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(jié)渣。
2、結(jié)渣機(jī)理
    生物質(zhì)秸稈類燃料灰渣與木質(zhì)燃料及煤炭灰渣相比，堿性氧化物含量高導(dǎo)致灰熔融溫度低是其結(jié)渣的最主要原因。生物質(zhì)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(zhì)燃燒過程對(duì)形成結(jié)渣起到關(guān)鍵作用。
    鉀元素是影響生物質(zhì)成型顆粒燃料結(jié)渣的主要元素。在生物質(zhì)燃料中鉀元素以有機(jī)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(diǎn)。當(dāng)鉀和其化合物凝結(jié)在灰粒上時(shí)，灰粒表面就會(huì)富含鉀，這樣就會(huì)使灰粒更具有黏性和低熔點(diǎn)。
    實(shí)驗(yàn)表明，生物質(zhì)燃燒過程中有機(jī)鉀轉(zhuǎn)化為不同形式的無機(jī)鉀鹽和不同的K2O-SiO2共晶化合物。聚團(tuán)和不流化過程對(duì)于溫度非常敏感，降低溫度可以明顯減少聚團(tuán)和結(jié)渣。研究認(rèn)為，生物質(zhì)尤其是秸稈中富含鉀和鈉元素的化合物，與生物質(zhì)燃料中混有砂土的S102反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)的共晶體，漸漸聚團(tuán)后形成大面積結(jié)渣。
  反應(yīng)方程式如下：
2SiO2+Na2O→Na2O·2SiO2
4SiO2+K2O→K2O·4SiO2
    這兩個(gè)反應(yīng)可以形成熔點(diǎn)僅為650～700℃的共晶化合物，正是這些熔融態(tài)的物質(zhì)充當(dāng)灰粒之間的黏合劑而引起了聚團(tuán)和結(jié)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(xué)反應(yīng)生成堿金屬類的硫化物，這些化合物將會(huì)凝結(jié)在灰?；驙t排上。在沉積物表面，含堿金屬元素的凝結(jié)物還會(huì)繼續(xù)與氣相含硫物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成穩(wěn)定的硫酸鹽，多數(shù)硫酸鹽呈熔融狀態(tài)，會(huì)增加沉積層表面的黏性，加劇結(jié)渣的程度。實(shí)踐表明，單獨(dú)燃燒鈣、鉀含量高，含硫量少的木質(zhì)生物質(zhì)時(shí)，積灰結(jié)渣程度低；而當(dāng)燃燒秸稈類生物質(zhì)成型顆粒燃料，尤其含硫高的稻草燃料時(shí)，則結(jié)渣就很嚴(yán)重，且沉積物中富含K：S04和CaS04。硫酸鈣被認(rèn)為是灰粒的黏合劑，能夠加重結(jié)渣的程度。
    氯元素在結(jié)渣中起著重要的作用。首先，在生物質(zhì)燃燒時(shí)，氯元素起著傳輸作用，有助于堿金屬元素從燃料內(nèi)部遷移到表面與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；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(yīng)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(zhì)，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(shè)備的下游；同時(shí)，氯元素還有助于增加許多無機(jī)化合物的流動(dòng)性，特別是含鉀元素的化舍物。經(jīng)驗(yàn)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(jié)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(jìn)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(jī)金屬化合物都將與二氧化硅結(jié)合生成低熔點(diǎn)的共晶體。二氧化硅和堿金屬氧化物是生物質(zhì)灰的主要組成成分。二氧化硅的熔點(diǎn)為1700℃，當(dāng)32%的氧化鉀和68%的二氧化硅混合時(shí)，混合物的熔點(diǎn)僅為769℃。該比例非常接近含有2s%～3s%堿金屬氧化物的生物質(zhì)灰的成分。
    很顯然，生物質(zhì)尤其是秸稈類燃料燃燒過程結(jié)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(diǎn)的共晶體，越易發(fā)生聚團(tuán)結(jié)渣，影響正常燃燒工況。
 生物質(zhì)成型顆粒燃料結(jié)渣的形成過程可以描述為三個(gè)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(dá)到了灰的軟化溫度，這時(shí)灰粒就會(huì)軟化，灰中的鈉、鈣、鉀以及少量硫酸鹽就會(huì)形成—個(gè)黏性表面。
    (2)灰粒熔融形成聚團(tuán)。隨著爐膛內(nèi)溫度的進(jìn)一步升高，氧化層和還原層內(nèi)溫度超過了灰的軟化溫度，熔融的灰粒開始具有流動(dòng)性，特別是在還原層內(nèi)，燃料中的Fe3+被還原成Fe2+，致使燃料的灰熔點(diǎn)降低，灰粒在還原層大都軟化并相互吸附，形成一個(gè)大的流態(tài)共熔體。
    (3)聚團(tuán)冷卻形成結(jié)渣。熔融態(tài)的灰粒聚團(tuán)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(jié)渣。
2、結(jié)渣機(jī)理
    生物質(zhì)秸稈類燃料灰渣與木質(zhì)燃料及煤炭灰渣相比，堿性氧化物含量高導(dǎo)致灰熔融溫度低是其結(jié)渣的最主要原因。生物質(zhì)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(zhì)燃燒過程對(duì)形成結(jié)渣起到關(guān)鍵作用。
    鉀元素是影響生物質(zhì)成型顆粒燃料結(jié)渣的主要元素。在生物質(zhì)燃料中鉀元素以有機(jī)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(diǎn)。當(dāng)鉀和其化合物凝結(jié)在灰粒上時(shí)，灰粒表面就會(huì)富含鉀，這樣就會(huì)使灰粒更具有黏性和低熔點(diǎn)。
    實(shí)驗(yàn)表明，生物質(zhì)燃燒過程中有機(jī)鉀轉(zhuǎn)化為不同形式的無機(jī)鉀鹽和不同的K2O-SiO2共晶化合物。聚團(tuán)和不流化過程對(duì)于溫度非常敏感，降低溫度可以明顯減少聚團(tuán)和結(jié)渣。研究認(rèn)為，生物質(zhì)尤其是秸稈中富含鉀和鈉元素的化合物，與生物質(zhì)燃料中混有砂土的S102反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)的共晶體，漸漸聚團(tuán)后形成大面積結(jié)渣。
  反應(yīng)方程式如下：
2SiO2+Na2O→Na2O·2SiO2
4SiO2+K2O→K2O·4SiO2
    這兩個(gè)反應(yīng)可以形成熔點(diǎn)僅為650～700℃的共晶化合物，正是這些熔融態(tài)的物質(zhì)充當(dāng)灰粒之間的黏合劑而引起了聚團(tuán)和結(jié)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(xué)反應(yīng)生成堿金屬類的硫化物，這些化合物將會(huì)凝結(jié)在灰粒或爐排上。在沉積物表面，含堿金屬元素的凝結(jié)物還會(huì)繼續(xù)與氣相含硫物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成穩(wěn)定的硫酸鹽，多數(shù)硫酸鹽呈熔融狀態(tài)，會(huì)增加沉積層表面的黏性，加劇結(jié)渣的程度。實(shí)踐表明，單獨(dú)燃燒鈣、鉀含量高，含硫量少的木質(zhì)生物質(zhì)時(shí)，積灰結(jié)渣程度低；而當(dāng)燃燒秸稈類生物質(zhì)成型顆粒燃料，尤其含硫高的稻草燃料時(shí)，則結(jié)渣就很嚴(yán)重，且沉積物中富含K：S04和CaS04。硫酸鈣被認(rèn)為是灰粒的黏合劑，能夠加重結(jié)渣的程度。
    氯元素在結(jié)渣中起著重要的作用。首先，在生物質(zhì)燃燒時(shí)，氯元素起著傳輸作用，有助于堿金屬元素從燃料內(nèi)部遷移到表面與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；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(yīng)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(zhì)，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(shè)備的下游；同時(shí)，氯元素還有助于增加許多無機(jī)化合物的流動(dòng)性，特別是含鉀元素的化舍物。經(jīng)驗(yàn)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(jié)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(jìn)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(jī)金屬化合物都將與二氧化硅結(jié)合生成低熔點(diǎn)的共晶體。二氧化硅和堿金屬氧化物是生物質(zhì)灰的主要組成成分。二氧化硅的熔點(diǎn)為1700℃，當(dāng)32%的氧化鉀和68%的二氧化硅混合時(shí)，混合物的熔點(diǎn)僅為769℃。該比例非常接近含有2s%～3s%堿金屬氧化物的生物質(zhì)灰的成分。
    很顯然，生物質(zhì)尤其是秸稈類燃料燃燒過程結(jié)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(diǎn)的共晶體，越易發(fā)生聚團(tuán)結(jié)渣，影響正常燃燒工況。

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