生物質顆粒燃料燃燒沉積的形成機理和過程

　　生物質顆粒燃料燃燒沉積的形成機理和過程
　　沉積是指含有堿金屬和礦物成分的飛灰顆粒和有機粉塵粘附在爐膛受熱面上的現象。沉積會隨著生產時間的延長逐漸增厚，使換熱效率逐漸降低。嚴重時會造成換熱管損壞，漏水，中斷正常運行。雖然這種現象發生的時間不同，但是如果處理不當，幾乎所有的設備都會發生。
　　1.沉積形成機制
　　沉積物的形成主要是燃燒過程中灰的形態變化和輸運的結果，生物質顆粒燃料的燃燒形成機理應從兩個方面進行分析。
　　一，內因是秸稈等生物質含有沉積的物質條件。例如，農作物秸稈幾乎含有土壤和水中所含的各種元素，包括金屬元素K、Na、Ca、Mg，非金屬元素Cl、N、S等。它們大多具有活性，容易與堿金屬元素形成KC1、NaCl、NOx、HCl。堿金屬是沉積物形成的物質基礎，Cl等非金屬元素具有促進堿金屬流動的能力，是沉積物持續補給的運輸手段。
　　二，外因是爐子提供的溫度和熱力學條件，使熱空氣中游動的揮發性堿金屬、礦物質和有機顆粒有到達受熱面的驅動力，具備發生熱化學反應的溫度條件。沉積是通過內因和外因的有機配合而形成的。
　　可見，生物質燃燒過程中的沉積有其必然性和復雜性。只要生物質燃燒，就會發生沉積。因此，在生物質燃燒設備的運行過程中，沉積是不可避免的。當然，不同的燃燒設備沒有完全相同的內外因素，所以不同的燃燒設備不可能產生相同的沉積狀態和形成過程。我們解決積灰的技術路線主要考慮的是上面分析的內因和外因，需要采取破壞這兩個因素的氣氛和動力場，即采取逆向技術措施，即降低內因的基礎，降低爐溫和避免爐膛熱力驅動力過大，及時清除已形成的積灰，從而減少、防止和根除積灰，保證燃燒設備穩定可靠運行。
　　實踐中發現，生物質尤其是秸稈狀顆粒燃料在燃燒過程中，在爐內巨大氣流的作用下，煙氣中粒徑較大的顆粒由于慣性與受熱面碰撞，撞擊受熱面的顆粒一部分彈回到煙氣中，另一部分粘在受熱面上，與煙氣中的酸性氣體形成低熔點化合物或低熔點共晶。這些沉淀物長時間被高溫煙氣燒結，形成致密的結晶鹽沉積在受熱面上。
　　在高溫對流煙氣中，煙氣溫度一般高于800℃，而受熱面壁溫一般為550 ~ 650℃。由于飛灰中的堿金屬離子(Na+，K+)在高溫下呈氣態，在730℃左右發生凝結。當煙氣進入對流煙道遇到700℃以下的受熱面時，堿金屬離子會在表面凝結形成堿金屬化合物沉積在受熱面上，混有一些其他成分的灰粒會一起粘附在受熱面上。這些沉積物長時間被高溫煙氣酸化燒結，形成致密的灰層。煙氣溫度越高，灰中堿金屬越多，燒結時間越長，沉積物越厚，越難清除。

　　2.沉積形成過程
　　根據對試驗結果的觀察和分析，沉積物主要是通過凝結和化學反應機理形成的。冷凝是指由于換熱表面的溫度低于周圍氣體的溫度，氣體在換熱表面冷凝的過程?；瘜W反應機理是指冷凝氣體或沉積的飛灰顆粒與流經其中的煙氣中的氣體發生反應。
　　用于沉積的加熱表面都由不同直徑的球形顆粒組成。這些顆粒無序排列，一些動能大的顆粒脫離原來的位置，與其他顆粒聚集在一起，在受熱面上形成凸面，同時在原來的位置形成空位，就像洞穴一樣。隨著溫度的升高，晶粒中動能大的晶粒所占的比例增加，空洞的數量也增加，受熱面表面會更加不平整。凹進部分有接收和保護沉積物的作用，更容易形成沉積物。當高溫煙氣中的飛灰顆粒遇到熱的受熱面時，大部分聚集在受熱面表面的凹陷處形成沉積物。落在凸面上部分灰粒在重力、氣流粘性剪切力和煙道內飛灰顆粒沖擊力的作用下脫落，并返回高溫煙氣。另外，在沉積初期，由于受熱面表面沉積的顆粒較少，壁溫較低，顆粒表面的粘度不足以捕獲和粘附撞擊壁面的大顆粒，所以主要是小顆粒。隨著留在表面的沉積物的積累和增厚，粘度增加。當高溫煙氣中的大顆粒與壁面碰撞或堿金屬硫酸鹽和氯化物在壁面上凝結時，兩者會發生團簇并逐漸變大。
　　更多的沉積降低了此處受熱面的傳熱性能，壁溫升高，沉積面熔化，粘度增加，越來越多的飛灰顆粒粘結，從而出現沉積團簇現象。Z后覆蓋整個表面。
　　在加熱表面上形成的沉積物是由不同尺寸的顆粒結合在一起形成的團簇。簇之間有一些小孔，表面形狀呈蜂窩狀。團簇的顆粒表面熔化，粘度增加，為沉積物的進一步生長提供了有利條件。當煙道氣中的大顆粒遇到粘度較大的沉積表面時，也會被捕獲。
　　具體來說，沉積物的形成主要是燃燒過程中秸稈中灰分形態變化和運移的結果，其形成過程可分為顆粒撞擊、氣體凝結、熱遷移和化學反應四種類型。