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一、化学成分是关键(核心原因)
结焦的本质是燃料中的无机物(主要是灰分)在高温下熔化、粘连再冷却硬化的过程。生物质和煤的灰分成分有巨大差异:
1. 低碱金属(特别是低钾、低钠)含量:
生物质颗粒的灰分中虽然也含有钾(K)、钠(Na)等碱金属,但其总体含量远低于煤炭。这些碱金属是主要的“助熔剂”,它们会显著降低灰分的熔点。灰分熔点低了,在炉膛高温下就容易软化、熔化,形成玻璃状的液态渣,冷却后就是坚硬的焦块;煤炭,尤其是低品质的煤,碱金属含量很高,因此结焦非常严重。
2. 高灰熔点成分(如钙、镁):
生物质灰分中通常含有较高比例的钙(Ca)、镁(Mg)等元素。这些元素是“高熔点物质”,它们的作用是提高灰分的熔化温度。一般生物质颗粒燃料燃烧后形成的氧化钙(Cao)、氧化镁(Mgo)熔点极高,大约为2572℃和2852℃。这意味着在锅炉或燃烧器的正常工作温度下,生物质灰分更难达到熔融状态,因此更倾向于保持松散的粉末状,从而不易结焦。
3. 低硫含量:
生物质的硫(S)含量极低,而煤通常含有较高的硫。硫在燃烧后会形成硫酸盐,这些硫酸盐也会与碱金属反应形成低熔点的共晶体,加剧结焦和腐蚀。生物质燃料从根本上避免了这个问题。
二、 物理形态与燃料均匀性
1. 颗粒密度均匀:
高品质的生物质颗粒是通过高压致密成型制成的,密度和成分相对均匀。这确保了燃烧过程更稳定,气流分布和温度场更均匀,避免了局部高温(这是引发结焦的一个诱因)。
2. 高挥发分,燃烧特性好:
生物质燃料的挥发分含量很高(通常在70-80%)。这意味着在燃烧时,大部分成分会先以气体的形式迅速燃烧,留下的是多孔、松散的固定碳骨架和灰分。这种燃烧方式使得内部空气流通更好,燃烧更充分,产生的灰分结构松散,不易熔结成块。
三、添加剂的作用
在生产高品质生物质颗粒时,通常会添加少量(约1%-2%)的助燃剂或固硫剂,例如石灰、粘土等。
1. 提高灰熔点:
这些添加剂本身就能提高整体灰分的熔点,使其更不容易在炉内熔化。
2. 吸附碱金属:
生物质原料(尤其是秸秆类)中含有一定量的钾(K)、钠(Na)等碱金属,它们会降低灰熔点。添加剂可以吸附这些碱金属,将其“固定”在高熔点物质中,从而间接提高了灰分的整体熔化温度。