生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電過程中，防止結(jié)渣是核心問題。受熱面結(jié)渣主要是由煙氣中夾帶的熔化或半熔化的灰粒接觸到受熱面凝結(jié)下來，并在受熱面上不斷生長、積聚而成，它的表面往往堆積較堅(jiān)硬的灰渣燒結(jié)層，且多發(fā)生在鍋爐的輻射受熱面上。結(jié)渣主要是生物質(zhì)中的灰分在燃燒過程中形態(tài)變化和輸送作用的結(jié)果，影響因素主要有熱遷移、慣性撞擊、凝結(jié)和化學(xué)反應(yīng)四個(gè)方面。目前，我國生物質(zhì)燃燒的典型方式是火床燃燒和循環(huán)流化床燃燒。由于生物質(zhì)燃料的特性，這兩種燃燒方式都存在不同程度的結(jié)渣。
一、生物質(zhì)燃燒結(jié)渣的形成機(jī)理
    1)層燃方式結(jié)渣
    層燃方式是我國目前應(yīng)用最廣的生物質(zhì)直接組織燃燒方式，其中鏈條爐為典型代表爐型，生物質(zhì)在鏈條爐內(nèi)的燃燒過程與煤的燃燒相同，也分為4個(gè)區(qū)域：預(yù)熱區(qū)、揮發(fā)份析出和燃燒區(qū)、焦炭燃燒區(qū)、燃盡區(qū)。
    層燃爐中結(jié)渣包括火床結(jié)渣、水冷壁結(jié)渣和過熱器對(duì)流管束結(jié)渣，其根本原因是生物質(zhì)燃料中，灰分組成與煤炭有很大的不同，堿性氧化物尤其是堿金屬氧化物含量高，灰熔點(diǎn)低，從而有嚴(yán)重的結(jié)渣傾向。在火床內(nèi)，熔融的灰渣會(huì)在爐排上與其他的灰分或沒有完全燃燒的燃料粘結(jié)在一超，形成結(jié)塊，從而影響燃燒過程，使鍋爐經(jīng)濟(jì)性、可靠性下降。
    生物質(zhì)燃料的一個(gè)重要特點(diǎn)是揮發(fā)分高，大量的揮發(fā)分在爐膛空間完成均相燃燒過程，火焰中心部位溫度最高，產(chǎn)生的各種結(jié)渣的可能性也最高。如果火焰刷墻，這個(gè)區(qū)域里會(huì)有連續(xù)的灰渣在水冷壁、爐墻上出現(xiàn)，從而使?fàn)t膛吸熱量下降，爐內(nèi)溫度升高，使得結(jié)渣加劇從而陷入一個(gè)惡性循環(huán)。
    爐膛出口以后，融化狀態(tài)的飛灰，以及堿金屬升華灰，將可能給該區(qū)域密集的管束帶來結(jié)渣，最可能結(jié)渣的部位包括捕渣管束和過熱器管束的入口段，尤其是錯(cuò)列管束的過熱器受熱面入口段，特別容易形成管子之間的架橋。
    爐膛內(nèi)的溫度水平及其分布直接影響鍋爐均勻燃燒程度及燃燒經(jīng)濟(jì)性。合理的配風(fēng)能改善鏈條爐的燃燒工況，減少結(jié)渣[13-14]。
2)循環(huán)流化床燃燒方式結(jié)渣
    由于生物質(zhì)燃料飛灰含量少，燃燒后難以形成床料，流化特性較差，或著火困難等，所以在生物質(zhì)流化床中需要選用與燃燒生物質(zhì)特性相匹配的惰性床料，如砂、爐渣作為流化煤體，該煤體可保證形成流化燃燒穩(wěn)定的密相床層。密相床層蓄熱量很大，床層內(nèi)傳熱傳質(zhì)劇烈，能夠?yàn)楦咚�分低熱值的生物質(zhì)提供優(yōu)越的燃燒條件。然而在密相區(qū)燃燒溫度在900℃左右，大部分生物質(zhì)的堿金屬與床料的硅元素將會(huì)發(fā)生反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)的其晶化合物，嚴(yán)重時(shí)可能造成床料的燒結(jié)團(tuán)聚，使流化失敗。在稀相區(qū)，大量的揮發(fā)分燃燒，有可能造成爐溫偏高，使飛灰很容易融化吸附在水冷壁上，逐漸形成結(jié)渣。
二、結(jié)渣的危害
    結(jié)渣不僅可以降低鍋爐出力和熱效率，破壞爐內(nèi)的空氣動(dòng)力工況，使?fàn)t內(nèi)燃燒惡化，而且會(huì)危及燃燒設(shè)備的安全性。這是因?yàn)榻Y(jié)渣情況嚴(yán)重伴隨高溫腐蝕時(shí)，會(huì)造成過熱器煙道堵塞和超溫爆管，爆管造成爐膛負(fù)壓劇烈波動(dòng)而熄火，還可能誘發(fā)爐膛爆炸和下部的排渣裝置的嚴(yán)重爆炸事故。由此可見結(jié)渣嚴(yán)重威脅鍋爐的安全運(yùn)行。
三、減少結(jié)渣的措施
    在鍋爐運(yùn)行中應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┓乐範(fàn)t內(nèi)結(jié)渣，國內(nèi)外許多學(xué)者根據(jù)結(jié)渣的機(jī)理采取了許多措施，對(duì)于新設(shè)計(jì)的層燃生物質(zhì)鍋爐防止結(jié)渣的主要措施是降低爐內(nèi)燃燒器區(qū)域溫度水平，使?fàn)t內(nèi)熱負(fù)荷均勻，并保證燃料能夠均勻的沉降到爐排上；同時(shí)選用合適的燃燒器和風(fēng)口布置方式，使?fàn)t內(nèi)有良好的空氣動(dòng)力工況，防止火焰刷墻。對(duì)于已投運(yùn)的生物質(zhì)鍋爐防止結(jié)渣的主要措施是組織良好的爐內(nèi)空氣流場(chǎng)，盡量在不改動(dòng)水冷壁的情況下采取各種能降低燃燒器區(qū)域溫度水平、防止空氣氣流偏斜、貼壁沖墻的措施。對(duì)于循環(huán)流化床生物質(zhì)鍋爐防止結(jié)渣的主要措施有：將生物質(zhì)燃料與其他燃料進(jìn)行混燒可有效緩解結(jié)渣的程度；加入添加劑提高灰分的軟化溫度可抑制結(jié)渣的趨勢(shì)；選用適當(dāng)?shù)拇擦虾脱�環(huán)倍率等。
由上所述可見，直燃發(fā)電層燃生物質(zhì)鍋爐內(nèi)組織良好的空氣流場(chǎng)是防止結(jié)渣的前提條件，研究爐內(nèi)的空氣流場(chǎng)有著非常重要的意義。
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