生物质颗粒燃料燃烧沉积的形成机理和过程

　　生物质颗粒燃料燃烧沉积的形成机理和过程
　　沉积是指含有碱金属和矿物成分的飞灰颗粒和有机粉尘粘附在炉膛受热面上的现象。沉积会随着生产时间的延长逐渐增厚，使换热效率逐渐降低。严重时会造成换热管损坏，漏水，中断正常运行。虽然这种现象发生的时间不同，但是如果处理不当，几乎所有的设备都会发生。
　　1.沉积形成机制
　　沉积物的形成主要是燃烧过程中灰的形态变化和输运的结果，生物质颗粒燃料的燃烧形成机理应从两个方面进行分析。
　　一，内因是秸秆等生物质含有沉积的物质条件。例如，农作物秸秆几乎含有土壤和水中所含的各种元素，包括金属元素K、Na、Ca、Mg，非金属元素Cl、N、S等。它们大多具有活性，容易与碱金属元素形成KC1、NaCl、NOx、HCl。碱金属是沉积物形成的物质基础，Cl等非金属元素具有促进碱金属流动的能力，是沉积物持续补给的运输手段。
　　二，外因是炉子提供的温度和热力学条件，使热空气中游动的挥发性碱金属、矿物质和有机颗粒有到达受热面的驱动力，具备发生热化学反应的温度条件。沉积是通过内因和外因的有机配合而形成的。
　　可见，生物质燃烧过程中的沉积有其必然性和复杂性。只要生物质燃烧，就会发生沉积。因此，在生物质燃烧设备的运行过程中，沉积是不可避免的。当然，不同的燃烧设备没有完全相同的内外因素，所以不同的燃烧设备不可能产生相同的沉积状态和形成过程。我们解决积灰的技术路线主要考虑的是上面分析的内因和外因，需要采取破坏这两个因素的气氛和动力场，即采取逆向技术措施，即降低内因的基础，降低炉温和避免炉膛热力驱动力过大，及时清除已形成的积灰，从而减少、防止和根除积灰，保证燃烧设备稳定可靠运行。
　　实践中发现，生物质尤其是秸秆状颗粒燃料在燃烧过程中，在炉内巨大气流的作用下，烟气中粒径较大的颗粒由于惯性与受热面碰撞，撞击受热面的颗粒一部分弹回到烟气中，另一部分粘在受热面上，与烟气中的酸性气体形成低熔点化合物或低熔点共晶。这些沉淀物长时间被高温烟气烧结，形成致密的结晶盐沉积在受热面上。
　　在高温对流烟气中，烟气温度一般高于800℃，而受热面壁温一般为550 ~ 650℃。由于飞灰中的碱金属离子(Na+，K+)在高温下呈气态，在730℃左右发生凝结。当烟气进入对流烟道遇到700℃以下的受热面时，碱金属离子会在表面凝结形成碱金属化合物沉积在受热面上，混有一些其他成分的灰粒会一起粘附在受热面上。这些沉积物长时间被高温烟气酸化烧结，形成致密的灰层。烟气温度越高，灰中碱金属越多，烧结时间越长，沉积物越厚，越难清除。

　　2.沉积形成过程
　　根据对试验结果的观察和分析，沉积物主要是通过凝结和化学反应机理形成的。冷凝是指由于换热表面的温度低于周围气体的温度，气体在换热表面冷凝的过程。化学反应机理是指冷凝气体或沉积的飞灰颗粒与流经其中的烟气中的气体发生反应。
　　用于沉积的加热表面都由不同直径的球形颗粒组成。这些颗粒无序排列，一些动能大的颗粒脱离原来的位置，与其他颗粒聚集在一起，在受热面上形成凸面，同时在原来的位置形成空位，就像洞穴一样。随着温度的升高，晶粒中动能大的晶粒所占的比例增加，空洞的数量也增加，受热面表面会更加不平整。凹进部分有接收和保护沉积物的作用，更容易形成沉积物。当高温烟气中的飞灰颗粒遇到热的受热面时，大部分聚集在受热面表面的凹陷处形成沉积物。落在凸面上部分灰粒在重力、气流粘性剪切力和烟道内飞灰颗粒冲击力的作用下脱落，并返回高温烟气。另外，在沉积初期，由于受热面表面沉积的颗粒较少，壁温较低，颗粒表面的粘度不足以捕获和粘附撞击壁面的大颗粒，所以主要是小颗粒。随着留在表面的沉积物的积累和增厚，粘度增加。当高温烟气中的大颗粒与壁面碰撞或碱金属硫酸盐和氯化物在壁面上凝结时，两者会发生团簇并逐渐变大。
　　更多的沉积降低了此处受热面的传热性能，壁温升高，沉积面熔化，粘度增加，越来越多的飞灰颗粒粘结，从而出现沉积团簇现象。Z后覆盖整个表面。
　　在加热表面上形成的沉积物是由不同尺寸的颗粒结合在一起形成的团簇。簇之间有一些小孔，表面形状呈蜂窝状。团簇的颗粒表面熔化，粘度增加，为沉积物的进一步生长提供了有利条件。当烟道气中的大颗粒遇到粘度较大的沉积表面时，也会被捕获。
　　具体来说，沉积物的形成主要是燃烧过程中秸秆中灰分形态变化和运移的结果，其形成过程可分为颗粒撞击、气体凝结、热迁移和化学反应四种类型。