Глубокий анализ: Параметры, приводящие к коксованию pellet fuel

Что касается науки о сжигании биомассы, нет ничего сложнее параметров плавления золы (коксования). Когда характеристики коксования хорошие, зола остаётся золой, и единственная проблема заключается в том, что зола не удаляется чрезмерно из системы сгорания из-за накопления. Напротив, когда свойства плавления золы неблагоприятны, происходит нечто странное — зола слипается в комки, и её нужно разбивать или даже вырубать из зольника. Позже она может образовать кирпич, похожий на кусок расплавленного стекла или даже на соты. Когда это накапливается в промышленной горелке, такое состояние золы называется коксованием или шлакованием. Как бы вы это ни называли, как бы это ни выглядело, это довольно простое явление, поскольку оно является лишь функцией температуры плавления.

Во-первых, давайте определим, что «чистая» зола (без грязи, камней, несгоревшего углерода и т.д.) в основном представляет собой комбинацию неорганических оксидов. При сжигании биомассы органические вещества (в основном весь углерод, водород, азот и кислород) высвобождаются, в то время как неорганические минералы остаются в окисленной форме, которую мы считаем золой. При обнаружении зола биомассы в основном состоит из кальция, диоксида кремния, алюминия, магния, калия, марганца, натрия, железа, фосфора и других минеральных оксидов. Каждый из этих окисленных минералов существует в твёрдом виде и, как и любое другое твёрдое вещество, имеет температуру плавления. Диапазон температур плавления различных присутствующих минеральных оксидов может сильно варьироваться, причём общая температура плавления золы происходит при высоких температурах как функция всех минеральных компонентов и химических взаимодействий. В результате зола обычно плавится в определённом диапазоне температур, а не при конкретной температуре. Диапазон может составлять от нескольких градусов до 50 или даже 100 градусов Цельсия. Вот почему, когда вы видите результаты испытаний на плавление золы, они сообщаются как диапазон температур (например, температура деформации =1310 °C, температура полусферы =1330 °C, температура растекания =1350 °C). В этом случае зола плавится при 40 градусах Цельсия.

Температура деформации (DT) считается ключевым параметром в тестах плавления золы, так как это температура, при которой зола впервые начинает плавиться и становится «липкой». Липкая зола будет накапливаться почти на всех поверхностях в системе сгорания, что приводит к изоляционному эффекту, вызывая повышение температуры всей системы сгорания. Более высокие температуры приводят к большему плавлению. Этот процесс продолжается до тех пор, пока зола не станет жидкой и, по сути, не превратится в шлак. Интересно, что свойства шлака могут о многом рассказать. Если зола комковатая, её всё ещё можно разбить рукой. Если вы найдёте настоящее стекло, зола полностью расплавилась. Кусок кокса обычно находится где-то посередине. Ключ к предотвращению плавления золы (коксования) заключается в поддержании температуры системы сгорания ниже DT золы. Поскольку большинство систем сжигания биомассы работают при 1200 градусах Цельсия или ниже, топливо обычно оценивают, проверяя, что DT превышает эту температуру. К счастью, для «чистой» древесины (без коры, песка, грязи или другого мусора) коксование обычно не является проблемой. Плавление золы древесной биомассы почти всегда связано с какой-либо формой сырья. То же самое нельзя сказать о других формах биомассы (скорлупа орехов, сельскохозяйственные травы, энергетические культуры и т.д.). Эти материалы часто имеют высокое содержание золы, что увеличивает вероятность низкой DT. То есть высокое содержание золы само по себе не является хорошим предиктором проблем с плавлением золы (коксованием) для конкретной формы биомассы. Природа минерального состава золы является определяющим фактором. Например, если содержание кальция в золе высокое, температура плавления золы обычно высокая. Проблемы с плавлением золы более вероятны, если уровень диоксида кремния высок, но не всегда. Интересная особенность диоксида кремния заключается в том, что если бы он был в форме кремнезёма, фактическая температура плавления была бы очень высокой (1710 градусов Цельсия). Однако, как и углерод, кремний имеет четыре активных электрона, которые могут связываться с другими минералами, что часто приводит к образованию сложных силикатов с низкими температурами плавления. По этой причине, когда мы видим проблемы коксования, 90 процентов из них связаны с диоксидом кремния. Существуют и другие минералы, которые могут вызывать проблемы при повышении температуры.

Существует множество других факторов, которые могут усложнить коксование. Системы сгорания могут быть богаты кислородом или бедны кислородом, изменяя условия температуры плавления. Биомасса может быть загрязнена неочевидными материалами, такими как удобрения и соль, часто из-за использования нечистой транспортной системы. Загрязнители обычно меняются периодически, поэтому тестирование следующей партии топлива не обязательно поможет вам понять, что вызывает проблемы коксования, связанные с предыдущей партией. В целом, если вы понимаете вышеуказанные принципы, у вас должно быть больше шансов определить, как справиться с проблемой коксования частиц.