生物质燃烧（经颗粒机、秸秆压块机压制生产而成）发电以其二氧化碳排放近零、污染物排放少等优点成为生物质能资源利用的一种重要形式。流化床燃烧技术由于其燃料适应性广、燃烧效率高以及污染物排放少等优点，成为当前生物质燃烧应用及研究的热点。由于生物质中含有一定量的碱金属(如K、Na)，在流化床燃烧过程中很容易发生床料粘结现象，其原因是生物质灰中高含量的碱金属化合物能够与床料中的Si02反应生成低熔点物质。针对生物质在流化床中发生的粘结现象，目前提出的解决办法归纳起来主要为三个方面：一是在床料中加入添加剂；二是更换床料，使用含硅量低的惰性床料；三是对生物质进行燃烧前脱除碱金属前处理。Steenari通过实验得出高岭土比白云石更合适作为生物质燃烧的床料；别如山等通过实验分析指出在床料中添加Fe203、Al203可以在一定程度上抑制床料烧结的发生；FernandezLlorente等研究了以石灰石作为床料对生物质结团的影响，通过实验研究，得出石灰石能有效抑制床料中结团现象的发生，同时还能减轻换热器的烧结。
本文将以河砂、白云石、粘土、安化石煤灰为床料，进行玉米秸杆成型燃料在流化床中燃烧粘结特性实验研究。通过SEM/EDX分析手段研究控制生物质流化床燃烧粘结机理，据此找到适合生物质流化床燃烧的床料，为生物质流化床直燃技术的工程应用提供理论依据。
1、实验装置及实验方法
流化床实验装置由提升管、加热电炉、螺旋给料机以及空气压缩机等组成，如图1所示。实验台总高为950 mm，下部高度为500 mm，内径为120mm；上部为450 mm，内径为200 mm。流化空气由空气压缩机经冷干机进入风室。实验台上部设有观察口，可实时观察实验过程中的实验现象。
实验燃料为辽河平原的玉米秸秆，通过秸秆粉碎机、颗粒机、秸秆压块机等粉碎机、成型机粉碎压缩得到的成型颗粒，形状为圆柱状，直径为6mm，平均长度为10～15 mm，其工业分析、元素分析及热值见表1。玉米秸秆成型燃料的灰成分和灰熔融特性分别见表2。实验采用的床料共四种，分别为河砂、白云石、粘土和安化石煤灰，床料粒径为0.25～0.355 mm，其成分分析见表2。
实验过程中静止料位高度为120 mm，流化速度为0.25 m/s，过量空气系数为1.29，实验温度为900℃，给燃料量为0.44 kg/h。在实验开始阶段，首先通过电炉预热床料，当床层温度达到400℃时，开始给入玉米秸秆成型燃料，调节电炉使床层温度保持在900℃。试验结束后，取出床料，将结团进行SEMlEDX分析。
2、实验结果与分析
2.1床料特性分析
在以四种不同床料进行的实验中，实验均正常运行了8h，床料没有发生大面积粘结。但在四个实验后的床料中，都发现有结团颗粒存在，这些结团颗粒的形状大都类似于玉米秸秆成型颗粒的原始形状，见图2，这与文献得到的实验现象相一致。四个实验后的床料在粒径分布抛丸机上彼此存在着差异，图3为不同床料实验后的粒径分布。在大干0.355 mm的粒径范围里占总床料比重最大的为河砂，其次为白云石，再其次为安化石煤灰，粘土最小；在粒径小于0.355 mm的粒径范围里情况却相反。根据上述实验现象分析，此四种床料同生物质灰反应形成结吊钩抛丸机团具有不同的难易程度，根据形成结团的大小和占实验后床料的粒径分布划分床料结团的难易程度，其由易到难的顺序为：河砂>白云石>安化石煤灰分>粘土。
2.2结团颗粒的SEM/EDX分析
2.2.1床料为河砂
在以河砂为床料的实验中发现，存在两种不同表面形貌的结团颗粒，见图4(a)和图4(b)。在图4(a)中可以观察到结团颗粒表面粘附大量的床料颗粒，并且颗粒之间排列紧密，将生物质燃料颗粒完全覆盖；而在图4(b)中观察到的结团颗粒与图4(a)中的结团颗粒相差较大。图4(b)中的结团颗粒表面包裹着一层絮状物，粘附的床料颗粒较少。图5(a)和图5(b)分别为图4中两种结团颗粒表面局部放大的SEM/EDX分析结果。从图5(a)照片中进一步观察到床料颗粒的表面比较粗糙，有少量絮状物生成；在图5(b)中，表面粘附的床料颗粒较少，主要为絮状物；对床料颗粒之间絮状物的EDX分析结果表明，后者碱金属K和Na含量高于前者，而碱土金属Mg、Ca反之，后者Al203的含量也较前者高。由此可以推断，结团颗粒表面床料的粘附是生物质燃烧后的灰散布在床料中碱金属同Si02发生反应生成低熔点共熔物的结果，在900℃下，这些低熔点共熔物熔融，不断在碰撞中粘附新的生物质灰，又不断发生反应，因此出现了生物质颗粒表面粘附床料颗粒的情形。但是由于河砂中含有一定量的Al和Fe元素，将能够与这些低熔点的物质反应进一步生成高熔点的物质，实验表明，SEM/EDX分析中发现济南网站优化的絮状物便是生成的高熔点物质，结团颗粒表面的絮状物覆盖了整个表面，阻止了结团颗粒进一步增大．从而抑制了床料粘结和结团。同时，根据图4(a)中的结团颗粒与图4(b)中的结团颗粒形态的相似性和表面结构的差异性，可以推断前者为后者的前趋生成物。
2.2.2床料为白云石
图6为实验后结团颗粒表面的SEM/EDX分析，从不同放大倍数的照片中观察到结团颗粒的表面同图4(b)的形貌相似，被一层絮状物质覆盖，表面粘附的床料颗粒较少。从对结团颗粒的EDX分析结果来看，絮状物质中Mg、Ca、Si和O含量较高，还含有C、K、Al等元素。实验中白云石分解生成Mg0和Ca0， Mg0和Ca0能够与生物质灰中的碱金属生成高熔点物质如K2Ca2Si309、 K2Ca3Si6 016、 K2 Mg2 Si3 09以及K2Ca3Si6016等，同时由于白云石中本身Si02的含量很少，因此这些高熔点物质在结团颗粒表面形成覆盖物后，能够有效地阻止结团颗粒的进一步增大，从而大大抑制了床料粘结和结团现象的发生。
2.2.3床料为粘土
图7为实验后结团颗粒表面的SEMlEDX分析，从照片中观察到，结团颗粒的表面被厚厚的包裹着，表面粘附的床料颗粒较少。通过EDX分析结果来看，床料结团中含有较高的碱土 金属元素K和Na以及Si元素，同时还含有Al、Fe、Mg和Ca、Al、Fe以及碱土金属与生物质灰中的含碱金属化合物均能够形成高熔点化合物，覆盖在生物质碳颗粒表面形成隔绝层，阻止低熔点物质的生成与迁移，从而在一定程度上抑制生物质颗粒在流态化燃烧过程中出现的床料粘结现象。
2.2.4床料为安化石煤灰
图8为实验后结团颗粒表面的SEM/EDX分析，从结团照片中可以观察到，结团表面覆盖了一层床料颗粒，并且在颗粒之间有絮状物存在。对絮状物进行EDX分析发现，絮状物中含有较高含量的K元素，同时含有Ca、Mg、Fe、Al元素。在碱金属元素K含量较高的情况下，床料没有发生结团，这是由于Fe和Al的存在，同时由于安化石煤在燃烧后，其灰分已处于一种平衡态，均在一定程度上抑制床料粘结和结团现象的发生。
3、结论
(1)河砂、白云石、粘土和安化石煤灰四种床料同生物质灰反应形成结团具有不同的难易程度，根据形成结团的大小和占实验后床料的粒径分布划分床料结团的难易程度，其由易到难的顺序为：河砂>白云石>安化石煤灰分>粘土。
(2)床料中含有的Al、Fe、Mg以及Ca元素能够与含碱金属元素的化合物反应形成絮状的高熔点物质，覆盖在结团的表面，阻止结团颗粒进一步长大，从而控制床料粘结和结团。
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