0、引言
自有人類以來，生物質能源一直是我們賴以生存的重要能源。17世紀末期大規模使用煤炭以前，生物質能就作為主要的能源：目前，全世界仍有25億人口用生物質煮飯、取暖和照明．生物質能約占世界總能耗的14%，相當于12. 57億t石油。尤其在發展中國家，生物質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。
中國生物質能十分豐富，尤其是秸稈，其產量達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。據有關專家預測，生物質能極有可能成為未來持續能原系統的組成部分，而尋找新技術更加高效合理的利用生物質能也成為一個大熱門。
生物質成型燃料（經過
顆粒機、
秸稈壓塊機加工而成）技術應時而生，而秸稈成型燃料也成為世界范圍內解決生物質高效、潔凈化利用的一個有效途徑。利用秸稈替代礦物燃料，實現C02零排放，降低大氣中的NOx、SOz含量，對保護生態環境、發展社會經濟、實施能源可持續發展戰略有著重大的現實意義。
但是，由于結渣等因素，生物質成型燃料燃燒技術得不到廣泛推廣與發展。結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。結渣不僅會對燃燒設備的熱性能造成影響，而且危及燃燒設備安全性。因此在燃燒設備設計時，若能準確判斷燃料的結渣性能，則將會把爐膛尺寸、受熱面布置以及吹灰系統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，經濟運行也是至關重要的。所以探尋結渣的規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渣的理論研究和應用研究很少，為此，筆者對設計出的雙層爐排生物質成型燃料燃燒裝置進行結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GB/T15137 -1994工業鍋爐節能監測方法與結碴率的測定方法，對燃燒設備進行試驗。試驗采用雙層爐排燃燒方式：雙層爐排的上爐門常開，作為投燃料與供應空氣之用#中爐門用于調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%，收到基掙發熱量為15658 kj/kg。
2、試驗的結果與分析
2.1結渣與妒膛內過量空氣系數的關系
根據風門開啟的從小到大可分為四種工況：工況1，風門最小，apy=1.6；工況2，風門較小，apy =2.2；工況3，風門較大，apy=3.2；工況4，風門最大，apy =4.4。通過試驗，繪制出生物質成型燃料的結渣率與爐膛內過量空氣系數關系如圖1所示。
從圖1中可以看出，結渣率隨過量空氣系數的增大，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
下為輕微結渣。
2.2結渣與爐膛溫度的關系
通過試驗，繪制出生物質成型燃料的結渣率與爐膛內爐膛溫度關系如圖2所示。
從圖2中可以看出，結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，結渣率較低。
2.3燃料粒徑與結渣的關系
在燃燒最佳工況下，對不同粒徑燃料進行燃燒并進行結渣試驗與觀察，其結渣與燃料粒徑的關系如圖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，因而易發生結渣。
2.4燃料層厚度與結渣的關系
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，得出結渣率與燃料層厚度的關系如圖4所示。
從圖4可看出，隨著燃料層厚度的增大，結渣率增大。這是因為隨著燃料層厚度的增大，燃燒層內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，結渣率增大。
2.5操作水平對結渣的影響
操作水平影響爐內溫度水平和灰粒所處氣氛環境。爐內溫度水平是由調整和控制爐內燃燒工況來實現的。若燃燒調整和控制不當，使爐內溫度水平升高，易引起爐膛火焰中心區域受熱面或過熱面結渣。運行時，在保證充分燃燒和負荷要求的情況下，通過調整和控制燃燒風量、燃料量來降低爐內溫度，防止或減輕結渣。
燃燒裝置通常應在atr=1.5左右運行。若atr過大或過小，則爐膛內煙氣中含有的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，加大爐內結渣的傾向。運行時，應調整風速、風量，改善燃燒質量，將爐內煙氣中還原性氣氛降低，使結碴降低到最低水平。
3、結渣成因
3.1 結渣的形成過程
層燃鍋爐的結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）隨著爐膛內溫度的進一步升高，氧化層和還原層內盤度超過了灰的軟化溫度，特別是在還原層內，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渣。
3.2結渣的原因
結渣的原因有諸多影響因素，它們共同作用便造成了結渣現象，從而影響著燃燒設備的安全運行。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渣的一個重要原因。在灰的變形溫度t，下，灰粒一般不會結渣，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渣。
2)壁管表面粗糙是造成結渣的另一個重要原因。這是因為壁管表面粗糙，易粘結灰分，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，相鄰的高溫熔體就粘結在一起，從而造成結渣。
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，在空氣少的區域就會出現還原性氣氛，面使燃料的灰熔點降低，造成結渣。
5)風速不合理，造成爐內火焰向一邊偏斜，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，而造成結渣。
7)爐膛層燃爐內的燃料直徑、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渣。
4、結論
1)根據試驗得出生物質成型燃料燃燒裝置使用雙層爐排燃燒在最佳工況下結渣率為3%左右，具有輕微結渣性；
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，Fe3+的共熔體灰熔點高達1500C以上，不易形成結渣。而在溫度相對較低的還原層，鐵則以Fe升形式存在，Fe2+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，生物質成型燃料的結渣大部分在還原層。
3)生物質成型燃料在雙層爐排燃燒設備中的結渣率隨著溫度增高、過量空氣系數的增大、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)分析了生物質成型燃料結渣過程及影響結渣因素，為生物質成型燃料合理燃燒控制、實現安全及經濟燃燒提供科學依據。
三門峽富通新能源生產銷售顆粒機、飼料顆粒機、秸稈壓塊機等生物質燃料飼料成型機械設備。
