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    隨著社會(huì)的發(fā)展和發(fā)展速度的加快，日均能源的消耗量在快速地增加。盡管人們對(duì)能源的需求日益增長(zhǎng)，然而作為人類(lèi)目前主要能源來(lái)源的原油、天然氣和煤炭由于本身的有限性其資源量卻正在迅速地減少。能源緊缺的情況下，生物質(zhì)成型燃料技術(shù)應(yīng)時(shí)而生成為世界范圍內(nèi)解決生物質(zhì)高效，潔凈化利用的一個(gè)有效途徑。
    由于許多生物質(zhì)的灰份中含有很高含量的K、Na等元素，這造成灰的灰熔點(diǎn)下降。灰熔點(diǎn)的下降會(huì)引起流化床的燃料粘結(jié)和換熱面灰污、結(jié)垢和腐蝕問(wèn)題，也就是平常所說(shuō)的結(jié)渣和腐蝕。如不注重這方面的研究，將原先的燃煤鍋爐直接燃燒生物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。
1、電鏡實(shí)驗(yàn)
    為了更好地揭示生物質(zhì)成型燃料鍋爐的結(jié)渣過(guò)程和結(jié)渣機(jī)理，在測(cè)定灰渣成分的基礎(chǔ)上，還需要精確了解爐渣的表面形態(tài)，要對(duì)其表面形狀測(cè)定。渣表面形狀測(cè)定使用的儀器是掃描電鏡(SEM)。掃描電鏡是用聚焦電子束在試樣表面逐點(diǎn)掃描成像，主要參數(shù)包括：放大倍數(shù)、分辨率、景深等。試樣為塊狀或粉末顆粒，成像信號(hào)可以是二次電子、背散射電子或吸收電子。其中二次電子是最主要的成像信號(hào)。試樣大小要適合儀器專(zhuān)用樣品座的尺寸，不能過(guò)大，樣品座尺寸各儀器不均相同，一般小的樣品座為中3—5mm，大的樣品座為∮30～50mm．以分別用來(lái)放置不同大小的試樣，樣品的高度也有一定的限制，一般在5一10mm左右。本試驗(yàn)所用的掃描電鏡的樣品座為小型樣品座，其直徑為5mm，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
    為了觀(guān)察到爐渣的表面的真實(shí)結(jié)構(gòu)，將試樣制作成塊狀。塊狀試樣掃描電鏡的試樣制備比較簡(jiǎn)便。對(duì)于塊狀導(dǎo)電材料，除了大小要適合儀器樣品座尺寸外，基本上不需要進(jìn)行什么制備，用導(dǎo)電膠把試樣粘結(jié)在樣品座上，即可放在掃描電鏡中觀(guān)察。對(duì)于塊狀的非導(dǎo)電或?qū)щ娦暂^差的材料，要先進(jìn)行鍍膜處理，在材料表面形成一層導(dǎo)電膜，以避免電荷積累，影響圖象質(zhì)量并且可防止試樣的熱損傷。由于爐渣基本上不導(dǎo)電，所以試樣要進(jìn)行預(yù)先鍍膜處理。
    從掃描圖中可以看到渣的表面上和斷面的內(nèi)部均沾附有白色的絮狀的物質(zhì)，它們是被吸附上的飛灰；在渣的斷面上存在著大大小小的凹面，這是渣在形成過(guò)程巾因內(nèi)部混有較強(qiáng)的空氣流，致使空氣以氣泡形式存在于爐渣的內(nèi)部，這些凹面上也吸附有白色的絮狀物質(zhì)；在圖片中間有一個(gè)比較大的洞，這是爐渣的縫隙說(shuō)明了爐渣形狀不規(guī)則，這是硅酸鹽等多種共晶體在爐膛空氣的影響下所形成多孔物質(zhì)。
    在空氣流的帶動(dòng)下，飛灰繼續(xù)被吸附和在渣的表面，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行熔化與已經(jīng)形成的渣粘結(jié)在一起，便會(huì)結(jié)成更大的渣，這也是對(duì)爐渣進(jìn)行電鏡觀(guān)察時(shí)總能夠看到渣表面存在一層白色絮狀物質(zhì)的原因。測(cè)定的生物質(zhì)成型燃料灰熔融特征溫度都在1200℃以上，而實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)在為800℃左右時(shí)，就會(huì)有結(jié)渣現(xiàn)象。從燃燒產(chǎn)物的成分測(cè)定里，可以知道爐渣里面含有豐富的二氧化硅和其他相應(yīng)量的金屬元素。這樣就不能單純用灰熔融特征溫度理論來(lái)解釋生物質(zhì)成型燃料層燃鍋爐的結(jié)渣特性，還必須分析燃料的灰成分對(duì)鍋爐的結(jié)渣影響。
2、生物質(zhì)灰成分對(duì)鍋爐結(jié)渣的影響
  生物質(zhì)中的灰分對(duì)結(jié)渣有著重要的影響，結(jié)渣過(guò)程主要是生物質(zhì)中的灰分在燃燒過(guò)程中的形態(tài)變化和輸送作用的結(jié)果，也就是灰粒沉積的過(guò)程。生物質(zhì)成型燃料的灰分有兩種來(lái)源：一是燃料本身固有的，即形成于植物生長(zhǎng)過(guò)程中；二是燃料成型加工處理過(guò)程中帶入的，如：砂子、土壤顆粒，其組分與固有的灰成分差別很大。后者常常是成型燃料灰分的主要組成部分。決定鍋爐尺寸及其安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要是灰的理化特性而不是燃料的反應(yīng)特性。
    在生物質(zhì)燃料燃燒時(shí)由堿金屬及其它無(wú)機(jī)元素引發(fā)的常見(jiàn)問(wèn)題就是結(jié)渣和聚團(tuán)。爐膛內(nèi)的高溫區(qū)通常形成硅含量很高的融渣，它們～般主要是有堿金屬或堿土金屬和硅、硫化合物反應(yīng)形成的熔融混合物和玻璃狀物質(zhì)組成。熔渣可以在爐排或者爐墻，特別是表面敷設(shè)有耐火材料的溫度較高的墻面上形成并積累。有時(shí)在鍋爐給料口附近的爐墻部分也可以發(fā)現(xiàn)這一類(lèi)熔渣。
  爐灰中堿金屬含量少，一般只有百分之幾，但其影響卻應(yīng)充分重視，特別是活性堿金屬成分多的時(shí)候。堿金屬是造成鍋爐煙氣側(cè)高溫沾污和腐蝕的主要因素，也對(duì)爐膛結(jié)渣起著不良作用，即使灰分很少的生物質(zhì)燃料亦會(huì)如此。堿金屬在燃料中生成硫酸鹽M2S04，硫酸鹽M2S04的熔點(diǎn)低，Na2S04的熔點(diǎn)為881℃，K2S04的熔點(diǎn)也僅有1074℃，且硫酸鹽進(jìn)一步與鐵的氧化物反應(yīng)，生成熔點(diǎn)更低的硫酸鹽絡(luò)合物Na3Fe(S04)3和K3Fe(S04)3,兩者熔點(diǎn)分別為646C和614℃。它們緊密粘結(jié)在受熱面上使吹灰難以奏效，續(xù)而引起結(jié)渣。
3、爐渣的形成
    鍋爐結(jié)渣是個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，它涉及燃料的燃燒、爐內(nèi)傳熱、傳質(zhì)、燃料的潛在結(jié)渣性、煤灰粒子在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)以及煤灰與管壁間的粘附等復(fù)雜過(guò)程。結(jié)渣過(guò)程主要是生物質(zhì)中的灰分在燃燒過(guò)程中的形態(tài)變化和輸送作用的結(jié)果，也就是灰粒沉積的過(guò)程。影響灰粒沉積主要有四個(gè)方面：熱遷移，慣性撞擊、凝結(jié)、化學(xué)反應(yīng)。這也可以分為與固體顆粒有關(guān)的因素（熱遷移和慣性撞擊）以及與氣體有關(guān)的因素（凝結(jié)和化學(xué)反應(yīng)）。
    層燃鍋爐的結(jié)渣過(guò)程包括三個(gè)步驟：a．燃料燃燒過(guò)程中，隨著爐溫的升高，局部達(dá)到了一定的灰軟化溫度，這時(shí)灰粒就會(huì)軟化，灰粒進(jìn)行輸運(yùn)，灰中的鈉、鈣、鉀以及少量硫酸鹽就會(huì)形成一個(gè)粘性表面，此階段出現(xiàn)沉積過(guò)程；b．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(guò)了灰的軟化溫度，特別是在還原層內(nèi)，燃料中的Fe-被還原成Fe2+，致使燃料的灰熔點(diǎn)降低，灰粒在還原層大都被軟化并相互吸附，形成一個(gè)個(gè)大的共熔體；c．大的共熔體下落過(guò)程中碰到水冷壁就會(huì)很快冷卻，形成固體，而粘附在水冷壁上和爐排上結(jié)渣。爐膛內(nèi)的高溫區(qū)通常形成含硅量很高的熔渣，一般在爐排和爐墻上形成并積累，由于空氣流的運(yùn)動(dòng)，飛灰繼續(xù)撞擊、和凝結(jié)，最終也就形成了常見(jiàn)的爐渣。