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一、化學成分是關鍵(核心原因)
結焦的本質是燃料中的無機物(主要是灰分)在高溫下熔化、粘連再冷卻硬化的過程。生物質和煤的灰分成分有巨大差異:
1. 低堿金屬(特別是低鉀、低鈉)含量:
生物質顆粒的灰分中雖然也含有鉀(K)、鈉(Na)等堿金屬,但其總體含量遠低于煤炭。這些堿金屬是主要的“助熔劑”,它們會顯著降低灰分的熔點?;曳秩埸c低了,在爐膛高溫下就容易軟化、熔化,形成玻璃狀的液態(tài)渣,冷卻后就是堅硬的焦塊;煤炭,尤其是低品質的煤,堿金屬含量很高,因此結焦非常嚴重。
2. 高灰熔點成分(如鈣、鎂):
生物質灰分中通常含有較高比例的鈣(Ca)、鎂(Mg)等元素。這些元素是“高熔點物質”,它們的作用是提高灰分的熔化溫度。一般生物質顆粒燃料燃燒后形成的氧化鈣(Cao)、氧化鎂(Mgo)熔點極高,大約為2572℃和2852℃。這意味著在鍋爐或燃燒器的正常工作溫度下,生物質灰分更難達到熔融狀態(tài),因此更傾向于保持松散的粉末狀,從而不易結焦。
3. 低硫含量:
生物質的硫(S)含量極低,而煤通常含有較高的硫。硫在燃燒后會形成硫酸鹽,這些硫酸鹽也會與堿金屬反應形成低熔點的共晶體,加劇結焦和腐蝕。生物質燃料從根本上避免了這個問題。
二、 物理形態(tài)與燃料均勻性
1. 顆粒密度均勻:
高品質的生物質顆粒是通過高壓致密成型制成的,密度和成分相對均勻。這確保了燃燒過程更穩(wěn)定,氣流分布和溫度場更均勻,避免了局部高溫(這是引發(fā)結焦的一個誘因)。
2. 高揮發(fā)分,燃燒特性好:
生物質燃料的揮發(fā)分含量很高(通常在70-80%)。這意味著在燃燒時,大部分成分會先以氣體的形式迅速燃燒,留下的是多孔、松散的固定碳骨架和灰分。這種燃燒方式使得內部空氣流通更好,燃燒更充分,產(chǎn)生的灰分結構松散,不易熔結成塊。
三、添加劑的作用
在生產(chǎn)高品質生物質顆粒時,通常會添加少量(約1%-2%)的助燃劑或固硫劑,例如石灰、粘土等。
1. 提高灰熔點:
這些添加劑本身就能提高整體灰分的熔點,使其更不容易在爐內熔化。
2. 吸附堿金屬:
生物質原料(尤其是秸稈類)中含有一定量的鉀(K)、鈉(Na)等堿金屬,它們會降低灰熔點。添加劑可以吸附這些堿金屬,將其“固定”在高熔點物質中,從而間接提高了灰分的整體熔化溫度。