摘要： 耐火材料的選擇對(duì)秸稈燃燒鍋爐的成功使用起著至關(guān)重要的作用，秸稈燃燒鍋爐中的耐火材料在使用中對(duì)結(jié)垢、結(jié)渣、堿蝕、一氧化碳分解等承擔(dān)著一些降解的作用。在實(shí)驗(yàn)中選用含有Sic耐火澆注料進(jìn)行了評(píng)估，在現(xiàn)場(chǎng)條件下使用于燃木屑鍋爐中，對(duì)爐渣進(jìn)行評(píng)估得到了非常好的結(jié)果。
秸稈燃燒轉(zhuǎn)換指的是把秸稈木質(zhì)類(lèi)農(nóng)作物轉(zhuǎn)換成能量并適應(yīng)其進(jìn)行發(fā)電或產(chǎn)生熱量的工藝。轉(zhuǎn)化是通過(guò)直接燃燒或氣化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。厭氧消化是另一種燃燒轉(zhuǎn)換途徑，包括一系列的生化工藝，可降解材料的無(wú)氧的狀態(tài)下分解。
在直接燃燒系統(tǒng)中，秸稈燃料在鍋爐中燃燒產(chǎn)生高壓蒸汽來(lái)推動(dòng)汽輪機(jī)或其它加熱方式。在氣化中，固態(tài)生物質(zhì)分解形成能夠被過(guò)濾及能被氣輪機(jī)使用的可燃?xì)怏w。
此次試驗(yàn)燃燒的原料以含水量在15%~50%的碎木屑為燃料，木屑燃燒分為四個(gè)階段：干燥、高溫分解、氣化及燃燒，包括多種熱化學(xué)反應(yīng)，溫度為100~1600℃，燃燒工藝包括溫度、氣體釋放以及灰生成，這樣就需要多種的耐火材料在特定條件下來(lái)改善其性能。
木屑燃燒能夠釋放多種化學(xué)成分，如水分、氯、硫及灰，這些成分取決于被燃燒的生物質(zhì)的性質(zhì)，灰化學(xué)成分包括AL2O3、SiO2、CaO、堿、P2O5等，其百分比隨生物質(zhì)原料的來(lái)源而產(chǎn)生變化。例如，K2O+Na2O的含量變化為8.0%~51.4%，這就是因?yàn)樯镔|(zhì)來(lái)源不同。這些灰的成分變化以及現(xiàn)有爐子的環(huán)境都能以不同方式影響到耐火材料。耐火材料在木屑燃燒環(huán)境下的主要問(wèn)題是結(jié)垢、結(jié)渣、堿蝕、一氧化碳侵蝕等。通常使用的耐火材料為耐火磚或不定型耐火澆注料。不定型耐火澆注料主要是取決于應(yīng)用范圍，通常選擇硅酸鹽系列澆注料，添加或不添加SiC或鋯英石，要取決于爐子的現(xiàn)有條件。
耐火材料在此類(lèi)型的鍋爐中的抗堿性是必不可少的，因?yàn)閴A能多方面侵蝕耐火材料。不同來(lái)源生物質(zhì)原料產(chǎn)生的堿可通過(guò)不同機(jī)理分解耐火材料，堿（K2O、Na2O等）與耐火材料基質(zhì)反應(yīng)形成多種新相使體積增加，并因此在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生壓力。新的堿性硅酸鋁相的形成類(lèi)型及性質(zhì)是耐火材料化學(xué)性能的其中一種功能，尤其是基質(zhì)部分。新相可能是正長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、長(zhǎng)石族（像鉀霞石）以及β-氧化鋁。這些堿性硅酸鋁相的體積（達(dá)到50%）比初始硅酸鋁相大，在耐火內(nèi)襯剝落時(shí)能夠釋放壓力。并且，堿蒸汽通過(guò)低溫區(qū)域的空隙凝聚滲透，堵住氣孔，降低了耐火材料的熱沖擊和抗剝落性。
在燃燒木屑的應(yīng)用中，結(jié)渣和結(jié)垢是其面臨的另一個(gè)難題。結(jié)垢發(fā)生在鍋爐相對(duì)較冷的部分，在那里無(wú)機(jī)揮發(fā)物作為化合物聚集在耐火材料上，并覆蓋水管，或水管表面，形成一個(gè)沉積層。這個(gè)沉積層在與周?chē)鷼怏w和其他沉積層中的成分相互作用后可能被穿透或可能燒結(jié)成為一個(gè)更硬的致密層。沉積層的厚度隨著時(shí)間的增加而變厚，熱水面的溫度隨著沉積層本身的隔離而升高，使沉積物中某些化學(xué)成分達(dá)到其熔點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程逐漸加快，幾乎任何東西在管上撞擊沉積物都可能被卡住。固體狀態(tài)下的灰顆粒，以及來(lái)自燃燒室中的小顆粒，都可能繼續(xù)在管上累積而形成一層厚的沉積層。
這樣隨著表面溫度的連續(xù)升高，大部分沉積物再熔相增加時(shí)可能開(kāi)始流動(dòng)，沉積物偶爾會(huì)變得很重，由于自身重力會(huì)掉落，這個(gè)過(guò)程叫做結(jié)渣，生物質(zhì)鍋爐中的灰塵積物對(duì)從火焰以及氣體到水管的熱傳遞的影響是很大的，并由此降低爐子的效率。由于灰的相關(guān)問(wèn)題，鍋爐頻繁清潔或在極端情況下被關(guān)閉。
經(jīng)過(guò)以上推理與論證最終在選用添加SiC耐火澆注料作為抗侵蝕性及抗氧化性的材料時(shí)起到了明顯的效果，當(dāng)碳化硅材料在空氣中加熱到1300℃時(shí)，在其碳化硅晶體表面開(kāi)始生成二氧化硅保護(hù)層。由于二氧化硅保護(hù)膜的作用，隨著保護(hù)層的加厚，阻止了內(nèi)部碳化硅繼續(xù)被氧化，這使碳化硅有較好的抗氧化性。當(dāng)溫度到1900K(1627℃)以上時(shí)，二氧化硅保護(hù)膜開(kāi)始被破壞，碳化硅氧化作用加劇，所以1900K是碳化硅在含氧化劑氣氛下的最高工作溫度。 給出的燃燒木屑的爐渣結(jié)果顯示。爐渣是硅質(zhì)，含SiO2、CaO、P2O5以及氧化鐵。爐渣非常致密，氣孔率為1.7%，熔點(diǎn)范圍在1250~1300℃之間。
結(jié)束語(yǔ)：結(jié)渣黏連是燃燒木屑或秸稈燃燒爐的一個(gè)重要問(wèn)題，能夠影響到燃燒爐的效率及耐火材料的使用壽命。燃燒爐的整體內(nèi)襯能夠防止結(jié)渣黏連，同時(shí)要具有足夠的強(qiáng)度來(lái)承受爐渣清潔，用于渣-耐火材料界面結(jié)合處具有良好的耐火性及化學(xué)惰性。一系列的試驗(yàn)證明使用致密型SiC耐火澆注料，抵抗對(duì)爐渣黏連有非常好的效果。