隨著社會的發(fā)展和發(fā)展速度的加快，日均能源的消耗量在快速地增加。盡管人們對能源的需求日益增長，然而作為人類目前主要能源來源的原油、天然氣和煤炭由于本身的有限性其資源量卻正在迅速地減少。能源緊缺的情況下，生物質(zhì)成型燃料技術(shù)應(yīng)時而生成為世界范圍內(nèi)解決生物質(zhì)高效，潔凈化利用的一個有效途徑。
    由于許多生物質(zhì)的灰份中含有很高含量的K、Na等元素，這造成灰的灰熔點下降�；胰埸c的下降會引起流化床的燃料粘結(jié)和換熱面灰污、結(jié)垢和腐蝕問題，也就是平常所說的結(jié)渣和腐蝕。如不注重這方面的研究，將原先的燃煤鍋爐直接燃燒生物質(zhì)，會導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。
1、電鏡實驗
    為了更好地揭示生物質(zhì)成型燃料鍋爐的結(jié)渣過程和結(jié)渣機理，在測定灰渣成分的基礎(chǔ)上，還需要精確了解爐渣的表面形態(tài)，要對其表面形狀測定。渣表面形狀測定使用的儀器是掃描電鏡(SEM)。掃描電鏡是用聚焦電子束在試樣表面逐點掃描成像，主要參數(shù)包括：放大倍數(shù)、分辨率、景深等。試樣為塊狀或粉末顆粒，成像信號可以是二次電子、背散射電子或吸收電子。其中二次電子是最主要的成像信號。試樣大小要適合儀器專用樣品座的尺寸，不能過大，樣品座尺寸各儀器不均相同，一般小的樣品座為中3—5mm，大的樣品座為∮30～50mm．以分別用來放置不同大小的試樣，樣品的高度也有一定的限制，一般在5一10mm左右。本試驗所用的掃描電鏡的樣品座為小型樣品座，其直徑為5mm，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
    為了觀察到爐渣的表面的真實結(jié)構(gòu)，將試樣制作成塊狀。塊狀試樣掃描電鏡的試樣制備比較簡便。對于塊狀導(dǎo)電材料，除了大小要適合儀器樣品座尺寸外，基本上不需要進行什么制備，用導(dǎo)電膠把試樣粘結(jié)在樣品座上，即可放在掃描電鏡中觀察。對于塊狀的非導(dǎo)電或?qū)щ娦暂^差的材料，要先進行鍍膜處理，在材料表面形成一層導(dǎo)電膜，以避免電荷積累，影響圖象質(zhì)量并且可防止試樣的熱損傷。由于爐渣基本上不導(dǎo)電，所以試樣要進行預(yù)先鍍膜處理。
    從掃描圖中可以看到渣的表面上和斷面的內(nèi)部均沾附有白色的絮狀的物質(zhì)，它們是被吸附上的飛灰；在渣的斷面上存在著大大小小的凹面，這是渣在形成過程巾因內(nèi)部混有較強的空氣流，致使空氣以氣泡形式存在于爐渣的內(nèi)部，這些凹面上也吸附有白色的絮狀物質(zhì)；在圖片中間有一個比較大的洞，這是爐渣的縫隙說明了爐渣形狀不規(guī)則，這是硅酸鹽等多種共晶體在爐膛空氣的影響下所形成多孔物質(zhì)。
    在空氣流的帶動下，飛灰繼續(xù)被吸附和在渣的表面，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)進行熔化與已經(jīng)形成的渣粘結(jié)在一起，便會結(jié)成更大的渣，這也是對爐渣進行電鏡觀察時總能夠看到渣表面存在一層白色絮狀物質(zhì)的原因。測定的生物質(zhì)成型燃料灰熔融特征溫度都在1200℃以上，而實際運行試驗在為800℃左右時，就會有結(jié)渣現(xiàn)象。從燃燒產(chǎn)物的成分測定里，可以知道爐渣里面含有豐富的二氧化硅和其他相應(yīng)量的金屬元素。這樣就不能單純用灰熔融特征溫度理論來解釋生物質(zhì)成型燃料層燃鍋爐的結(jié)渣特性，還必須分析燃料的灰成分對鍋爐的結(jié)渣影響。
2、生物質(zhì)灰成分對鍋爐結(jié)渣的影響
  生物質(zhì)中的灰分對結(jié)渣有著重要的影響，結(jié)渣過程主要是生物質(zhì)中的灰分在燃燒過程中的形態(tài)變化和輸送作用的結(jié)果，也就是灰粒沉積的過程。生物質(zhì)成型燃料的灰分有兩種來源：一是燃料本身固有的，即形成于植物生長過程中；二是燃料成型加工處理過程中帶入的，如：砂子、土壤顆粒，其組分與固有的灰成分差別很大。后者常常是成型燃料灰分的主要組成部分。決定鍋爐尺寸及其安全經(jīng)濟運行的主要是灰的理化特性而不是燃料的反應(yīng)特性。
    在生物質(zhì)燃料燃燒時由堿金屬及其它無機元素引發(fā)的常見問題就是結(jié)渣和聚團。爐膛內(nèi)的高溫區(qū)通常形成硅含量很高的融渣，它們～般主要是有堿金屬或堿土金屬和硅、硫化合物反應(yīng)形成的熔融混合物和玻璃狀物質(zhì)組成。熔渣可以在爐排或者爐墻，特別是表面敷設(shè)有耐火材料的溫度較高的墻面上形成并積累。有時在鍋爐給料口附近的爐墻部分也可以發(fā)現(xiàn)這一類熔渣。
  爐灰中堿金屬含量少，一般只有百分之幾，但其影響卻應(yīng)充分重視，特別是活性堿金屬成分多的時候。堿金屬是造成鍋爐煙氣側(cè)高溫沾污和腐蝕的主要因素，也對爐膛結(jié)渣起著不良作用，即使灰分很少的生物質(zhì)燃料亦會如此。堿金屬在燃料中生成硫酸鹽M2S04，硫酸鹽M2S04的熔點低，Na2S04的熔點為881℃，K2S04的熔點也僅有1074℃，且硫酸鹽進一步與鐵的氧化物反應(yīng)，生成熔點更低的硫酸鹽絡(luò)合物Na3Fe(S04)3和K3Fe(S04)3,兩者熔點分別為646C和614℃。它們緊密粘結(jié)在受熱面上使吹灰難以奏效，續(xù)而引起結(jié)渣。
3、爐渣的形成
    鍋爐結(jié)渣是個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，它涉及燃料的燃燒、爐內(nèi)傳熱、傳質(zhì)、燃料的潛在結(jié)渣性、煤灰粒子在爐內(nèi)運動以及煤灰與管壁間的粘附等復(fù)雜過程。結(jié)渣過程主要是生物質(zhì)中的灰分在燃燒過程中的形態(tài)變化和輸送作用的結(jié)果，也就是灰粒沉積的過程。影響灰粒沉積主要有四個方面：熱遷移，慣性撞擊、凝結(jié)、化學(xué)反應(yīng)。這也可以分為與固體顆粒有關(guān)的因素（熱遷移和慣性撞擊）以及與氣體有關(guān)的因素（凝結(jié)和化學(xué)反應(yīng)）。
    層燃鍋爐的結(jié)渣過程包括三個步驟：a．燃料燃燒過程中，隨著爐溫的升高，局部達到了一定的灰軟化溫度，這時灰粒就會軟化，灰粒進行輸運，灰中的鈉、鈣、鉀以及少量硫酸鹽就會形成一個粘性表面，此階段出現(xiàn)沉積過程；b．隨著爐膛內(nèi)溫度的進一步升高，氧化層和還原層內(nèi)溫度超過了灰的軟化溫度，特別是在還原層內(nèi)，燃料中的Fe-被還原成Fe2+，致使燃料的灰熔點降低，灰粒在還原層大都被軟化并相互吸附，形成一個個大的共熔體；c．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，而粘附在水冷壁上和爐排上結(jié)渣。爐膛內(nèi)的高溫區(qū)通常形成含硅量很高的熔渣，一般在爐排和爐墻上形成并積累，由于空氣流的運動，飛灰繼續(xù)撞擊、和凝結(jié)，最終也就形成了常見的爐渣。