與常規(guī)燃料煤相比，生物質(zhì)具有其特殊的性質(zhì)·大部分農(nóng)業(yè)生物質(zhì)和部分林業(yè)生物質(zhì)中K、Na等堿金屬元素以及堿土金屬元素Ca、Mg等的含量遠遠高于煤中的含量。生物質(zhì)中的K元素以離子形態(tài)或者有機金屬化合物形態(tài)存在。生物質(zhì)在流化床燃燒過程中，溫度是影響其結(jié)團發(fā)生的重要因素，這主要是由于含堿金屬的化合物在流化床高溫焚燒過程中容易形成低熔點的鹽類，這些堿金屬鹽類在高溫下處于熔融狀態(tài)，易粘附在爐膛壁面上形成結(jié)團：同時處于熔融狀態(tài)的堿金屬鹽類，容易粘附在流化床的床料顆粒表面，同床料顆粒中的Si02反應(yīng)生成低熔點的共晶化合物，造成床料顆粒的進一步粘結(jié)，最后導(dǎo)致床層發(fā)生大面積結(jié)團，并且不同的生物質(zhì)發(fā)生結(jié)團的溫度也存在差異。
    本文針對果木枝條成型燃料，在流化床實驗裝置上進行不同溫度下床料粘結(jié)特性實驗，通過掃描電子顯微鏡、X射線能譜以及X射線熒光光譜等分析手段，進行生物質(zhì)流化床燃燒粘結(jié)機理研究，富通新能源生產(chǎn)銷售木屑顆粒機、秸稈壓塊機等生物質(zhì)顆粒燃料成型等顆粒燃料。
1、實驗
1.1實驗物料
    實驗以蘋果的枝條成型顆粒為燃料，成型顆粒的直徑為6 mm，平均長度為15mm，實驗樣品的燃料特性分析結(jié)果見表1．實驗采用的床料為石英砂，床料粒徑范圍為0.20～0.355 mm，其中，石英砂和果木枝條灰的特性分析見表2．
1.2實驗設(shè)備與實驗方法
    實驗裝置由爐體、電加熱爐、螺旋給料機以及空氣壓縮機等組成。爐體下部內(nèi)徑為120 mm、高500 mm，上部內(nèi)徑為200 mm、高450mm。
    實驗的工況溫度分別為750℃、800℃和850℃；在實驗過程中，保持螺旋給料機連續(xù)穩(wěn)定地給料，同時通過爐膛頂部設(shè)置的觀察窗不間斷地觀察流化床中床料的流化狀態(tài)，識別床料發(fā)生大面積結(jié)團、停止流化的時刻；試驗結(jié)束后，取出床料，對床料做粒徑分析和XRF分析，對結(jié)團做SENUtDX。
2、實驗結(jié)果與分析
2.1 溫度對床料粘結(jié)的影響
    在750℃下，實驗臺正常運行了1082 min，床層沒有發(fā)生大面積結(jié)團，但在實驗后的床料中觀察到有結(jié)團顆粒，其形態(tài)同果木枝條成型顆粒相似，并且結(jié)構(gòu)致密，硬度較大，見圖2．在800℃和850℃工況條件下，實驗臺分別運行了15min和1min后，床層都發(fā)生了大面積結(jié)團，床層溫度急劇升高，床料完全停止流化，在兩次實驗后的床料中發(fā)現(xiàn)的結(jié)團中，都觀察到有內(nèi)部中空的結(jié)團顆粒，并且這些結(jié)團顆粒的結(jié)構(gòu)比較松散，硬度較小，見圖3、圖4．實驗現(xiàn)象表明，隨著燃燒溫度的升高，流化床保持正常流化的時間減少。
    不同溫度下實驗后床料質(zhì)量增加比例和床料的XRF分析見圖5和表3，從中可以得出，隨著溫度的升高，保持正常流化時間減少，床料中生物質(zhì)灰所占比例相應(yīng)減小，同時床料中堿金屬元素K，堿土金屬元素Ca、Mg含量減少，然而實驗中卻隧溫度升高床料發(fā)生粘結(jié)的程度呈增大的趨勢。由此可見，溫度是影響床料結(jié)團的重要因素。床料中生物質(zhì)灰含量的高低不是決定床層發(fā)生大面積結(jié)團的決定因素，而與堿金屬元素存在的形態(tài)直接相關(guān)。
    對各工況實驗后床料的粒徑進行分析，見圖6：從圖中可以觀察到，在0.355 mm以下粒徑范圍，850℃工況的床料占實驗后總床料的比例最大，800℃工況的其次，750℃工況的最�。憾�在0.355 mm以上粒徑范圍，情況卻相反，其原因是生物質(zhì)灰同床料在高溫下作用形成結(jié)團，并且隨著生物質(zhì)灰在床料中的不斷積累，使床料粒徑不斷增大。
2.2結(jié)團的SEM/EDX分析
    對750℃、800℃和850℃工況下實驗后出現(xiàn)的結(jié)團顆粒進行SEM/EDX分析，見圖7—圖9．從各個工況的SEM照片來分析，形成結(jié)團的床料顆粒棱角分明，顆粒表面沒有出現(xiàn)熔融的跡象，只是在顆粒之間形成了一定量的絮狀物將顆粒粘結(jié)在一起。EDX分析結(jié)果表明，將床料顆粒粘附起來的物質(zhì)中含有K、Si、Ca、Fe、Mg以及Al等。據(jù)此分析形成結(jié)團顆粒的原因是生物質(zhì)灰與床料顆粒發(fā)生作用的過程中，生物質(zhì)灰中的含堿金屬氧物質(zhì)與床料中的硅化物發(fā)生反應(yīng)，形成低熔點的共熔物，其反應(yīng)式如下方程式中X代表K、Na等堿金屬元素，當n為3、4時，其熔融溫度在800℃以下，這些熔融物在床料顆粒的不斷碰撞接觸中，在不同的床料顆粒表面?zhèn)鬟f，當這些化合物積累到一定程度時，使粘附顆粒的力大于破壞力，床料中的顆粒就會粘附在一起形成結(jié)團。
    根據(jù)不同溫度下實驗后的EDX分析，床料顆粒之間的粘結(jié)物質(zhì)中Ca元素的含量較高，有關(guān)文獻顯示，堿土金屬元素Ca對于床層的結(jié)團具有抑制作用；但是當Ca在灰中超過一定含量時，也將會促進床料發(fā)生粘結(jié)。因此實驗中高含量的Ca對床料粘結(jié)可能起到促進作用，但是還有待深入研究。
3小結(jié)
    (1)隨著床層溫度的升高，床層發(fā)生結(jié)團的時間明顯減�。簻囟仁怯绊懮�物質(zhì)流化床燃燒床料粘結(jié)的重要因素，
  (2)床料中堿金屬元素的含量不能作為判斷床料是否將要發(fā)生粘結(jié)的依據(jù)，床料是否粘結(jié)取決于堿金屬的存在形態(tài)。
    (3)堿土金屬元素Ca是構(gòu)成結(jié)團粘結(jié)物的重要組分，其對床層發(fā)生結(jié)團現(xiàn)象具有一定影響。