Что касается науки о сжигании биомассы, нет ничего более сложного, чем параметры плавления золы (коксования). Когда характеристики коксования хорошие, зола все еще остается золой, и единственная проблема заключается в том, что зола не удаляется чрезмерно из системы сгорания путем накопления. Наоборот, когда свойства плавления золы неблагоприятны, происходит что-то странное — зола слипается в комки, и ее нужно разламывать или даже выковыривать из зольника. Позже из него может образоваться кирпичик, похожий на кусок расплавленного стекла или даже на соты. Когда он накапливается в промышленной горелке, такое состояние золы называется коксованием или шлакообразованием. Как бы вы это ни называли, как бы это ни выглядело, это относительно просто сделать, потому что это всего лишь функция температуры плавления.
Во-первых, давайте сначала определим, что «чистая» зола (свободная от грязи, камней, несгоревшего углерода и т. д.) — это прежде всего комбинация неорганических оксидов. При сжигании биомассы высвобождается органическое вещество (в основном весь углерод, водород, азот и кислород), а неорганические минералы остаются в окисленной форме, которую мы называем золой. Благодаря обнаружению зола биомассы в основном состоит из форм кальция, диоксида кремния, алюминия, магния, калия, марганца, натрия, железа, фосфора и других минеральных оксидов. Каждый из этих окисленных минералов существует в твердом состоянии и, как и любое другое твердое тело, имеет температуру плавления. Диапазон температур плавления различных присутствующих минеральных оксидов может широко варьироваться, при этом общая температура плавления золы, возникающей при высоких температурах, зависит от всех минеральных компонентов и химических взаимодействий. В результате зола обычно плавится в пределах определенного диапазона температур, а не определенной температуры. Диапазон может варьироваться от нескольких градусов до 50 или даже 100 градусов по Цельсию. Вот почему, когда вы видите результаты испытаний на плавление золы, они указываются в виде диапазона температур (например, температура деформации = 1310 °C, температура полусферы = 1330 °C, температура потока = 1350 °C). В этом случае зола плавится при 40 градусах Цельсия.
Температура деформации (DT) считается ключевым параметром в испытаниях на плавление золы, так как это температура, при которой зола впервые начинает плавиться и становится «липкой». Липкая зола будет скапливаться почти на всех поверхностях системы сгорания, создавая изолирующий эффект, что приведет к повышению температуры всей системы сгорания. Более высокие температуры приводят к большему плавлению. Этот процесс продолжается до тех пор, пока зола не станет текучей и по существу зашлакованной. Интересно, что свойства шлака могут вам кое о чем рассказать. Если пепел комковатый, его все равно можно разбить руками. Если вы найдете настоящее стекло, пепел полностью расплавится. Часть коксования обычно находится где-то посередине. Ключом к предотвращению плавления золы (коксования) является поддержание температуры системы сгорания ниже DT золы. Поскольку большинство систем сжигания биомассы работают при температуре 1200 градусов Цельсия или ниже, топливо обычно оценивается путем проверки DT выше этой температуры. К счастью, для «чистой» древесины (без коры, песка, грязи и прочего мусора) закоксовывание обычно не представляет проблемы. Слияние золы и древесной биомассы почти всегда связано с тем или иным сырьем. Этого нельзя сказать о других формах биомассы (скорлупе орехов, сельскохозяйственных травах, энергетических культурах и т. д.). Эти материалы часто имеют высокое содержание золы, что повышает вероятность низкого DT. То есть, само по себе высокое содержание золы не является хорошим предиктором проблем плавления золы (коксования) с определенной формой биомассы. Способствующим фактором является природа минерального состава золы. Например, если содержание кальция в золе высокое, температура плавления золы обычно высока. Проблемы с плавлением золы более вероятны, если уровень кремнезема высок, но не всегда. Что интересно в отношении кремнезема, так это то, что если бы он был в форме кремнезема, фактическая температура плавления была бы очень высокой (1710 градусов по Цельсию). Однако, как и углерод, кремнезем имеет четыре активных электрона, которые могут связываться с другими минералами, что часто приводит к образованию сложных силикатов с низкой температурой плавления. По этой причине, когда мы видим проблемы с коксованием, 90 процентов связаны с диоксидом кремния. Есть и другие минералы, которые могут быть проблематичными при повышении температуры. Есть много других факторов, которые могут усложнить коксование. Системы сжигания могут быть обогащены кислородом или обеднены кислородом, в зависимости от условий температуры плавления. Биомасса может быть загрязнена неочевидными материалами, такими как удобрения и соль, часто из-за использования грязной транспортной системы. Загрязняющие вещества обычно периодически меняются, поэтому тестирование следующей партии топлива не обязательно поможет вам выяснить, что вызывает проблемы с закоксовыванием, связанные с предыдущей партией. В общем, если вы понимаете изложенные выше принципы, у вас должно быть больше шансов определить, как бороться с проблемой закоксовывания частиц.
