秸稈成型顆粒燃料燃燒過程中，原料的成分、形狀及受熱面溫度等因素對(duì)沉積的形成有重要影響。這里所指原料的成分就是沉積形成的物質(zhì)條件，高含量的堿金屬存在是沉積形成的主要因素，非金屬如Cl等元素是幫助堿金屬流動(dòng)、不斷向沉積層補(bǔ)充堿金屬的運(yùn)載工具。溫度是堿金屬析出、遷移、流動(dòng)的熱動(dòng)力。它們嚴(yán)重影響著沉積的形成狀況，本節(jié)將扼要敘述，富通新能源生產(chǎn)的
秸稈顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料如下圖所示：
1、原料成分對(duì)沉積形成的影響
秸稈燃燒過程中，燃料成分是影響受熱面上沉積形成的主要因素之一。與煤等化石燃料相比，秸稈中氧的含量較高，大量的含氧官能團(tuán)為無(wú)機(jī)物質(zhì)在燃料中駐留提供了可能的場(chǎng)所，對(duì)這一類物質(zhì)的包容能力比較強(qiáng)，因此秸稈中內(nèi)在固有無(wú)機(jī)物元素的含量一般較高，其中導(dǎo)致鍋爐床料聚團(tuán)、受熱面上沉積的主要元素有Cl、K、Ca、Si、Na、S、P、Mg、Fe等，尤其是氯元素、堿金屬和堿土金屬。
燃燒過程中，堿金屬和堿土金屬在高溫下以氣體的形態(tài)揮發(fā)出來，然后與硫或氯元素結(jié)合以硫酸鹽或氯化物的形式凝結(jié)在飛灰顆粒上，降低了飛灰的熔點(diǎn)，增加了飛灰表面的黏性，在爐膛氣流的作用下，粘貼在受熱面的表面上，形成沉積。很顯然，沒有這些堿金屬的存在就不可能形成沉積。秸稈生物質(zhì)比煤含有的堿金屬高得多，因此比煤的沉積嚴(yán)重，相應(yīng)帶來的腐蝕等問題也多。一般秸稈中鉀的含量是煤的10倍，氯的含量是煤的20～40倍，鈣的含量也是煤的2倍多。而且K、Cl、Na在植物體中都是以離子狀態(tài)存在的，具有很高的可移動(dòng)性，并具有受熱進(jìn)入氣相中的傾向性，為沉積創(chuàng)造了很好的物質(zhì)條件。
下表列出了經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析得到的幾種常見的秸稈及木料燃燒灰分中氯元素和主要堿金屬氧化物成分。
|
種類 |
灰中各元素含量/% |
堿金屬含量/（kg/GJ） |
|
Na2O |
MgO |
SiO2 |
Cl |
K2O |
CaO |
Fe2O3 |
P2O5 |
|
麥稈 |
1.71 |
1.06 |
55.32 |
0.23 |
25.6 |
6.14 |
0.73 |
1.26 |
1.07 |
|
稻稈 |
0.53 |
1.66 |
77.45 |
0.58 |
11.66 |
2.18 |
0.19 |
1.41 |
1.64 |
|
玉米稈 |
0.49 |
5.67 |
84.16 |
0.779 |
0.9 |
4.49 |
0.19 |
2.72 |
0.16 |
|
雜交白楊 |
0.13 |
18.40 |
5.90 |
0.01 |
9.64 |
49.92 |
1.10 |
1.34 |
0.14 |
|
柳木 |
0.94 |
2.47 |
2.35 |
＜0.01 |
15 |
41.20 |
0.73 |
7.4 |
0.14 |
上表中可以看出在三種秸稈中，稻稈和麥稈內(nèi)的堿金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于木材燃料，其中麥稈灰渣中的鉀含量達(dá)到25.6%，稻稈灰渣中鉀為9.68%；三種秸稈共同的特點(diǎn)是氯的含量都較高，其中玉米秸稈中含量最高，達(dá)到0.779%，而兩種木質(zhì)燃料中的氯含量均不超過0.01%。這解釋了燃燒秸稈比木材更易在受熱面上形成沉積。
2、爐膛溫度對(duì)沉積形成的影響
爐膛溫度的變化直接影響煙道氣中飛灰顆粒和受熱面的溫度，從而影響受熱面上沉積的形成。溫度對(duì)沉積的影響主要表現(xiàn)在三個(gè)方面，一是影響堿金屬的析出，溫度越高，堿金屬析出的量越大，且析出速度加快；二是形成爐膛高溫環(huán)境，使析出的堿金屬揮發(fā)分具有流動(dòng)和熱遷移的動(dòng)力；三是受熱面、沉積體上的熱化學(xué)反應(yīng)必須有相應(yīng)的溫度，溫度低形不成熔融體，黏結(jié)力小，形成的沉積強(qiáng)度小容易脫落。根據(jù)試驗(yàn)，爐膛溫度低于600℃左右時(shí)，受熱面上的沉積呈現(xiàn)灰黑色，手感光滑，主要是未完全燃燒的炭黑融人了沉積體中；隨著爐膛溫度的升高，堿金屬?gòu)娜剂现幸莩觯莩龅膲A金屬凝結(jié)在飛灰上，從而降低了飛灰熔點(diǎn)，受熱面上的沉積變?yōu)殂y灰色，表面呈玻璃狀，有燒結(jié)現(xiàn)象。與此同時(shí)，沉積中Si02的含量也上升，使堿金屬與S102結(jié)合生成低熔點(diǎn)的共晶體，增加了沉積的強(qiáng)度。
3、供風(fēng)量對(duì)沉積形成的影響
供風(fēng)速度影響爐膛內(nèi)的空氣動(dòng)力場(chǎng)、改變煙氣中飛灰顆粒的運(yùn)動(dòng)速度、方向，影響沉積量。風(fēng)速增大時(shí)，煙氣中的飛灰與受熱面撞擊百分比增加，沉積量上升，但當(dāng)風(fēng)速超過12 m/s時(shí)，煙氣中含有較多氣體組分的飛灰來不及與受熱面接觸，就隨煙氣排出；而初始粘在受熱面上的顆粒在較大風(fēng)速的作用下重新回到煙氣中，受熱面上的沉積量開始下降。
另外，供風(fēng)速度對(duì)飛灰顆粒的沉積位置也有重要的影響，在燃燒秸稈成型顆粒燃料的鍋爐中，沉積不僅在受熱面上的迎風(fēng)面形成，在風(fēng)速產(chǎn)生的漩渦作用下，背風(fēng)面上也經(jīng)常出現(xiàn)沉積。
因此，在秸稈成型顆粒燃料燃燒過程中，合適的供風(fēng)速度不但有利于燃料的燃燒，對(duì)受熱面上沉積的形成及其成分也有重要的影響。
這里需要指出的是，供風(fēng)量的大小對(duì)于氯，鉀、鈉釋放沒有太明顯的影響，只有風(fēng)量影響到溫度時(shí)才產(chǎn)生作用。風(fēng)動(dòng)力和熱動(dòng)力共同形成了顆粒在空氣動(dòng)力場(chǎng)中流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，沒有了空氣動(dòng)力，粉塵、堿金屬顆粒就沒有足夠的撞擊力，沉積形成的數(shù)量和強(qiáng)度都會(huì)受影響。
這一特征提示我們，嚴(yán)格控制供風(fēng)量，使堿金屬析出后沒有足夠的移動(dòng)動(dòng)力，是減少沉積的重要技術(shù)手段。
4、受熱面溫度對(duì)沉積形成的影響
受熱面溫度對(duì)飛灰沉積率的影響至今尚未深入探討，這一參數(shù)一般取決于其他設(shè)計(jì)參數(shù)的考慮，如過熱器和再熱器溫度控制范圍，還涉及材料選用在內(nèi)的經(jīng)濟(jì)因素。
當(dāng)受熱面溫度較低時(shí)，煙氣中飛灰顆粒遇到溫度較低的受熱面會(huì)迅速凝結(jié)，形成沉積，使受熱面上的沉積率升高；隨著受熱面溫度的升高，若低熔點(diǎn)的飛灰仍處于氣相狀態(tài)，就會(huì)隨煙氣排出爐外，受熱面上的沉積率會(huì)逐漸下降，如溫度使初級(jí)沉積表面出現(xiàn)熔融態(tài)，煙道氣中的顆粒物就會(huì)碰擊后被黏接，使沉積層增厚。但是一旦黏性最大的沉積層全面形成后，受熱面溫度對(duì)沉積率的影響就會(huì)因?qū)崧实南陆刀陆担罱K隨著沉積物的增長(zhǎng)溫度的影響力大大下降。
受熱面溫度對(duì)沉積形成的影響，由圖可以看出，溫度在550℃以下是堿金屬大量析出的過程，這一段在其他條件具備時(shí)很容易形成沉積，是值得我們研究、預(yù)防的溫度段。隨著受熱面溫度的提高，沉積率呈逐漸降低的趨勢(shì)。這種趨勢(shì)形成的原因很復(fù)雜，概括起來有三個(gè)方面，一是堿金屬的揮發(fā)，氯化物的形成都不是溫度越高越多；二是在燃燒室空氣場(chǎng)中供風(fēng)量與原料燃燒溫度是有最佳匹配關(guān)系的，風(fēng)量對(duì)溫度起決定作用，也就是說風(fēng)量充足時(shí)溫度最高，或者說，在這個(gè)范圍內(nèi)，溫度最高時(shí)的風(fēng)量最大，在這樣的條件下，許多揮發(fā)物顆粒隨高速空氣流失，沒有了沉積的機(jī)會(huì)，因此溫度高不一定沉積多；三是當(dāng)溫度達(dá)到600℃以后沉積層厚度就會(huì)逐漸加大，達(dá)到一定程度，受熱面的溫度對(duì)堿金屬揮發(fā)物的影響就越來越小了。對(duì)沉積率的作用也是越來越微弱了。
5、燃料形狀對(duì)沉積率形成的影響
生物質(zhì)（秸稈）成型顆粒燃料燃燒過程中沉積率隨燃燒時(shí)間變化的關(guān)系。
在燃燒早期，秸稈成型顆粒燃料表層揮發(fā)分開始燃燒，在爐膛內(nèi)氣流的擾動(dòng)下，表層松散的飛灰顆粒離開秸稈成型顆粒燃料進(jìn)入煙道氣，粘貼在受熱面上，沉積率最大；表面揮發(fā)分燃燒完成后，溫度向成型顆粒燃料內(nèi)部傳導(dǎo)，內(nèi)部的可燃揮發(fā)物開始持續(xù)析出燃燒。但由于秸稈成型顆粒燃料結(jié)構(gòu)密實(shí)，很快就形成結(jié)構(gòu)緊密的焦炭骨架，運(yùn)動(dòng)的氣流不能使骨架解體，飛灰顆粒減少，受熱面上的沉積率逐漸下降，然后穩(wěn)定在一定值。沉積的形成過程與燃料燃燒規(guī)律是吻合的。
未經(jīng)成型的原生秸稈燃燒試驗(yàn)也證明符合這個(gè)遞減規(guī)律。秸稈原料在燃燒過程中，由于爐膛內(nèi)擾動(dòng)氣流的作用，燃燒后形成的松散的灰分很容易離開秸稈表面，進(jìn)入爐膛煙道氣中，在爐膛內(nèi)高溫下，粘貼在受熱面上，隨著燃燒的進(jìn)行，飛灰顆粒減少，沉積也逐漸減少。由此得出沉積率早期最大，然后遞減的規(guī)律的結(jié)論。
試驗(yàn)表明，生物質(zhì)（秸稈）成型顆粒燃料燃燒過程中在受熱面上形成的沉積率明顯低于原生秸稈燃燒試驗(yàn)的結(jié)果。主要因?yàn)椋阂皇巧镔|(zhì)成型顆粒燃料燃燒后形成了焦炭骨架，飛灰顆粒減少，從而降低了受熱面上的沉積率；二是生物質(zhì)壓縮成型后，灰分的熔融特性發(fā)生了變化，生物質(zhì)成型顆粒燃料飛灰的軟化溫度、流動(dòng)溫度均高于生物質(zhì)原始原料直接燃燒時(shí)灰分的軟化溫度和流動(dòng)溫度，降低了熔融灰粒在飛灰中的比例，減少了堿金屬和氯化物與灰粒黏結(jié)的概率，從而降低了粘貼在受熱面上的飛灰顆粒的數(shù)量。
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