自有人類以來，生物質(zhì)能源一直是我們賴以生存的重要能源。17世紀末期大規(guī)模使用煤炭以前，生物質(zhì)能就作為主要的能源：目前，全世界仍有25億人口用生物質(zhì)煮飯、取暖和照明．生物質(zhì)能約占世界總能耗的14%，相當于12. 57億t石油。尤其在發(fā)展中國家，生物質(zhì)能仍然是主要的能源來源，約占總能耗的35%左右，相當于11.88億t石油加。
中國生物質(zhì)能十分豐富，尤其是秸稈，其產(chǎn)量達6億多t，相當于3億多t標準煤。然而，一直以來，由于利用裝置非常落后，熱效率很低，秸稈投有得到合理的利用，甚至有的秸稈被就地燒掉等等。不但浪費資源，污染大氣，而且影響交通安全。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，生物質(zhì)能極有可能成為未來持續(xù)能原系統(tǒng)的組成部分，而尋找新技術(shù)更加高效合理的利用生物質(zhì)能也成為一個大熱門。
生物質(zhì)成型燃料（經(jīng)過顆粒機、秸稈壓塊機加工而成）技術(shù)應(yīng)時而生，而秸稈成型燃料也成為世界范圍內(nèi)解決生物質(zhì)高效、潔凈化利用的一個有效途徑。利用秸稈替代礦物燃料，實現(xiàn)C02零排放，降低大氣中的NOx、SOz含量，對保護生態(tài)環(huán)境、發(fā)展社會經(jīng)濟、實施能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有著重大的現(xiàn)實意義。
但是，由于結(jié)渣等因素，生物質(zhì)成型燃料燃燒技術(shù)得不到廣泛推廣與發(fā)展。結(jié)渣是由軟化或熔融的灰粒冷卻不充分遇到溫度較低的水冷壁時生成的熔渣。結(jié)渣不僅會對燃燒設(shè)備的熱性能造成影響，而且危及燃燒設(shè)備安全性。因此在燃燒設(shè)備設(shè)計時，若能準確判斷燃料的結(jié)渣性能，則將會把爐膛尺寸、受熱面布置以及吹灰系統(tǒng)的選擇和布置這些問題解決得比較合理，這對確保機組的安全，經(jīng)濟運行也是至關(guān)重要的。所以探尋結(jié)渣的規(guī)律及影響因素也就顯得非常必要。
然而．目前中國對秸稈成型燃料結(jié)渣的理論研究和應(yīng)用研究很少，為此，筆者對設(shè)計出的雙層爐排生物質(zhì)成型燃料燃燒裝置進行結(jié)渣特性及影響因素的試驗與研究。
1、試驗方法與使用儀器
1.1試驗方法
根據(jù)GB/T15137 -1994工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)測方法與結(jié)碴率的測定方法，對燃燒設(shè)備進行試驗。試驗采用雙層爐排燃燒方式：雙層爐排的上爐門常開，作為投燃料與供應(yīng)空氣之用#中爐門用于調(diào)整下爐排上燃料的燃燒和清除灰渣，僅在點火及清渣時打開；下爐門用于排灰及供給少量空氣，正常運行時微開，開度視下爐排上的燃燒情況而定。
1.2試驗所用儀器與燃料
儀器：電子天平，KM9106綜合燃燒分析儀，IRT-2000A手持式快速紅外線測溫儀，SWJ精密數(shù)字熱電偶溫度計，磅秤，米尺，秒表。
燃料：試驗燃料為液壓成型玉米秸稈，一般粒度為130 mm圓柱，密度為1.15 t/m3，含水率為14%，收到基掙發(fā)熱量為15658 kj/kg。
2、試驗的結(jié)果與分析
2.1結(jié)渣與妒膛內(nèi)過量空氣系數(shù)的關(guān)系
根據(jù)風(fēng)門開啟的從小到大可分為四種工況：工況1，風(fēng)門最小，apy=1.6；工況2，風(fēng)門較小，apy =2.2；工況3，風(fēng)門較大，apy=3.2；工況4，風(fēng)門最大，apy =4.4。通過試驗，繪制出生物質(zhì)成型燃料的結(jié)渣率與爐膛內(nèi)過量空氣系數(shù)關(guān)系如圖1所示。
從圖1中可以看出，結(jié)渣率隨過量空氣系數(shù)的增大，在atx=1.2～1.5時增加緩慢，在atx=1.5～2.9時急劇增加，在‰>3以后結(jié)渣率基本保持不變。考慮到燃燒裝置運行在最佳情況下，即atx為1.5以下時，這
時結(jié)渣率較低，所以可以得出燃燒裝置在此種燃燒情況
下為輕微結(jié)渣。
2.2結(jié)渣與爐膛溫度的關(guān)系
通過試驗，繪制出生物質(zhì)成型燃料的結(jié)渣率與爐膛內(nèi)爐膛溫度關(guān)系如圖2所示。
從圖2中可以看出，結(jié)渣率隨爐膛溫度的增高而增大，在T=890～984 C時增加緩慢，在T- 984～1059℃時急劇增加，在T>1059 ℃以后結(jié)渣率逐漸增大。考慮到燃燒裝置運行安全性，爐膛溫度在984 ℃以下時，結(jié)渣率較低。
2.3燃料粒徑與結(jié)渣的關(guān)系
在燃燒最佳工況下，對不同粒徑燃料進行燃燒并進行結(jié)渣試驗與觀察，其結(jié)渣與燃料粒徑的關(guān)系如圖3所示。
從圖3中可以看出雙層爐排燃燒情況下，隨著燃料粒徑的增大，結(jié)渣率均增大。這是因為隨著粒徑的增大，燃料燃燒中心溫度需提高，灰渣溫度達到灰熔點，因而易發(fā)生結(jié)渣。
2.4燃料層厚度與結(jié)渣的關(guān)系
在燃燒最佳工況下，對燃料粒徑為130 mm不同厚度燃料層進行燃燒試驗，得出結(jié)渣率與燃料層厚度的關(guān)系如圖4所示。
從圖4可看出，隨著燃料層厚度的增大，結(jié)渣率增大。這是因為隨著燃料層厚度的增大，燃燒層內(nèi)氧化層與還原層的厚度增大，燃燒中心溫度增高，灰易達到灰熔點，結(jié)渣率增大。
2.5操作水平對結(jié)渣的影響
操作水平影響爐內(nèi)溫度水平和灰粒所處氣氛環(huán)境。爐內(nèi)溫度水平是由調(diào)整和控制爐內(nèi)燃燒工況來實現(xiàn)的。若燃燒調(diào)整和控制不當，使爐內(nèi)溫度水平升高，易引起爐膛火焰中心區(qū)域受熱面或過熱面結(jié)渣。運行時，在保證充分燃燒和負荷要求的情況下，通過調(diào)整和控制燃燒風(fēng)量、燃料量來降低爐內(nèi)溫度，防止或減輕結(jié)渣。
燃燒裝置通常應(yīng)在atr=1.5左右運行。若atr過大或過小，則爐膛內(nèi)煙氣中含有的CO量增多，火焰中心的灰粒處于還原性氣氛中，三價鐵還原成二價鐵，會引起灰粒的熔融特性降低，加大爐內(nèi)結(jié)渣的傾向。運行時，應(yīng)調(diào)整風(fēng)速、風(fēng)量，改善燃燒質(zhì)量，將爐內(nèi)煙氣中還原性氣氛降低，使結(jié)碴降低到最低水平。
3、結(jié)渣成因
3.1 結(jié)渣的形成過程
層燃鍋爐的結(jié)詹過程包括三個步驟：1)勝料燃燒過程中，隨著爐溫的升高，局部達到了灰的軟化溫度，這時灰粒就會軟化，灰中的鈉、鈣、鉀以及少量硫酸鹽就會形成一個粘性表面；2）隨著爐膛內(nèi)溫度的進一步升高，氧化層和還原層內(nèi)盤度超過了灰的軟化溫度，特別是在還原層內(nèi)，燃料中的三價鐵還原成二價鐵，致使燃料的灰熔點降低，灰粒在還原層大都軟化并相互吸附，形成一個個大的共熔體,3)大的共熔體下落過程中碰到水冷壁就會很快冷卻，形成固體，而黏附在水冷壁上結(jié)渣。
3.2結(jié)渣的原因
結(jié)渣的原因有諸多影響因素，它們共同作用便造成了結(jié)渣現(xiàn)象，從而影響著燃燒設(shè)備的安全運行。這些影響因素分別是：
1)燃料燃燒過程中，燃料層的溫度高于灰的軟化溫度是造成結(jié)渣的一個重要原因。在灰的變形溫度t，下，灰粒一般不會結(jié)渣，但達到軟化溫度時，熔融的灰渣形成的共熔體玲卻不充分便粘在水冷壁上造成結(jié)渣。
2)壁管表面粗糙是造成結(jié)渣的另一個重要原因。這是因為壁管表面粗糙，易粘結(jié)灰分，使其達到枯化溫度，從而使燃燒室溫度和管壁溫度都因傳熱受阻而升高，這時局部燃料的還原層溫度達到灰熔點，從而呈熔融或軟化狀態(tài)，相鄰的高溫熔體就粘結(jié)在一起，從而造成結(jié)渣。
3)燃燒過程中空氣量不足，燃料層中的三價鐵還原成二價鐵，而鐵以Fe存在時的熔點比以Fe抖的形式
存在時低，從而使燃料的灰熔點大大降低，造成結(jié)渣。
4)燃料與空氣混合不充分，即使供給足夠的空氣量，也會造成局部空氣量不足，在空氣少的區(qū)域就會出現(xiàn)還原性氣氛，面使燃料的灰熔點降低，造成結(jié)渣。
5)風(fēng)速不合理，造成爐內(nèi)火焰向一邊偏斜，造成局部溫度過高，使部分燃料層的溫度升高達到灰熔點，冷卻不及時造成結(jié)渣。
6)燃燒裝置超負荷運行，爐溫過高，使燃料層的溫度升高，達到燃料的灰熔點，而造成結(jié)渣。
7)爐膛層燃爐內(nèi)的燃料直徑、燃料層厚度大等都會使層燃中心的局部溫度過高，達到燃料的灰熔點而造成結(jié)渣。
4、結(jié)論
1)根據(jù)試驗得出生物質(zhì)成型燃料燃燒裝置使用雙層爐排燃燒在最佳工況下結(jié)渣率為3%左右，具有輕微結(jié)渣性；
2)燃料燃燒過程中，氧化層溫度最高，但氧化層鐵以Fe3+形式存在，F(xiàn)e3+的共熔體灰熔點高達1500C以上，不易形成結(jié)渣。而在溫度相對較低的還原層，鐵則以Fe升形式存在，F(xiàn)e2+的共熔體熔點低，在還原層的熔融灰渣碰到水冷壁后就形成渣層，渣塊粒徑最大達到300mm，最大厚度達到120 mm左右。因此，生物質(zhì)成型燃料的結(jié)渣大部分在還原層。
3)生物質(zhì)成型燃料在雙層爐排燃燒設(shè)備中的結(jié)渣率隨著溫度增高、過量空氣系數(shù)的增大、成型燃料粒徑增大、燃料層厚度的增加而會有不同程度增加。
4)分析了生物質(zhì)成型燃料結(jié)渣過程及影響結(jié)渣因素，為生物質(zhì)成型燃料合理燃燒控制、實現(xiàn)安全及經(jīng)濟燃燒提供科學(xué)依據(jù)。
三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售顆粒機、飼料顆粒機、秸稈壓塊機等生物質(zhì)燃料飼料成型機械設(shè)備。
