1、沉积的危害
沉积对燃烧设备的危害主要表现在三个方面。
第一，在
生物质成型颗粒燃料燃烧过程中，受热面上形成沉积带来的最直接的危害是锅炉的热效率下降。在受热面上沉积的导热系数一般只有金属管壁导热系数的1/1000～1/400;当受热面上积灰1mm厚时，导热系数降低为原来的1/50左右，所以锅炉受热面上的灰沉积将严重影响受热面内的热量传导及热效率。沉积厚度对传热系数的影响，传热系数随着沉积厚度的增大而降低。当沉积厚度从0 mm增加到0.56 mm时，受热面的传热系数就下降了51%，而当受热面积有3 mm疏松灰或10 mm熔融渣时，可造成炉膛传热下降40%�？杉�，沉积的传热性能很差。当水冷壁面积灰（或结渣）的状态变化时，由于灰渣的导热系数很小，即使灰渣层变化不大，传热系数的变化也相当大，
秸秆颗�；�、
秸秆压块机压制的生物质颗粒燃料如下图所示：
受热面上的沉积不但降低了受热面的换热能力，而且影响到排烟温度。
随着沉积厚度的增加，排烟温度呈上升趋势。当沉积厚度由0 mm上升到0.56 mm时，排烟温度从480℃上升到580℃。通�；页粱阅芎募俺隽Φ挠跋焓嵌裥匝罚紫�，在燃料放热量不变的情况下，受热面上形成的沉积导致受热面的吸热量减少，排烟温度升高；其次，受热面上形成的沉积使受热面的吸热量下降，降低了锅炉出力，为了达到锅炉需要的负荷必须增加燃料量，这将造成排烟温度的进一步升高。
排烟温度的上升，意味着排烟造成的热损失增加，锅炉出力的降低。通常电厂为了维持正常的蒸汽温度，保证锅炉在满负荷下运行，只好增加燃料投放，因此会增加单位发电量的燃料消耗。随着燃料量的增加，炉膛出口温度进一步升高，使得飞灰更易黏结在屏式过热器和高温过热器上，加速这些部位沉积的形成，形成恶性循环。
第二，长期的沉积将对受热面造成严重的腐蚀。众所周知，煤的含氯量过高会引起锅炉受热面的腐蚀；在燃用生物质的锅炉中也发现了受热面严重腐蚀的问题，如当混合燃烧含氯高的生物质燃料为稻草时，当壁温高于400℃时，将使受热面发生高温沉积腐蚀，同时酸性烟气也极易造成过热器端低温酸腐蚀。
由于生物质尤其是秸秆类生物质含有较多的氯元素，在燃烧过程中，原料中的氯在高温下将被释放到烟气中。研究发现，烟气中的含氯成分主要有Cl2、HC1、KC1和NaCl等，其中HC1占优势，但在高温和缺少水分时还存在一定量的Cl2，在还原性气氛下HC1的热分解也会产生Cl2。释放出来的氯与烟气中的其他成分反应生成氯化物，凝结在飞灰颗粒上，当遇到温度较低的受热面时，就与飞灰一起沉积在受热面上，沉积中的氯化物就与受热面上的金属或金属氧化物反应，把铁元素置换出来形成盐等不稳定化合物，使受热面失去保护作用，从而逐渐腐蚀受热面�；褂幸徊糠炙嵝匝唐诠绕鞑嘤鏊羝淠笮纬伤嵝砸禾澹阶旁诠绕鞅砻�，对其形成腐蚀。
下表是对玉米秸秆成型颗粒燃料燃烧灰渣与其在受热面上的沉积成分的分析结果。
|
种类 |
成分含量/% |
|
SiO2 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
Na2O |
K2O |
Cl |
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沉积 |
0.11 |
5.39 |
0.80 |
2.97 |
0.89 |
5.33 |
12.23 |
|
灰渣 |
84.16 |
0.19 |
4.49 |
5.67 |
0.48 |
0.15 |
0.78 |
上表中可以看出沉积中氯含量达到12.23%，几乎是燃料灰渣中氯含量的16倍。可见，氯在沉积中出现了明显的富集现象。因此，可以判断受热面上的沉积具有严重的腐蚀性。
第三，沉积的形成也会对锅炉的操作带来一定影响。随着锅炉的运行，受热面上的沉积物日益增厚，当重力、气流粘性剪切力以及飞灰颗粒对壁面上沉积的撞击力等破坏沉积形成的共同作用力超过了沉积与壁面的黏结力时，沉积渣块就从受热面上脱落，形成塌灰。锅炉塌灰严重影响锅炉正常燃烧、诱发运行事故、导致设备损坏，甚至造成人员伤亡。
当水冷壁表面上有大渣块形成时，在渣块自重和炉内压力波动或气流扰动的作用下，大渣块会突然掉落。脱落的渣块有可能损坏设备，引起水冷壁振动，引发更多的落渣。而且渣块形成时的温度很高，渣块的热容较大，短时间内大量炽热渣块落人炉底冷灰斗，蒸发大量的水蒸气，会导致炉内压力的大幅度波动。压力波动超过一定限制时，会引发燃烧保护系统误动，切断燃料投放，导致锅炉灭火或停炉。
2、降低沉积的方法措施
目前，降低沉积的有效方法主要有以下几种。
1)掺混添加剂以减少沉积物形成
通过添加剂降低秸秆燃烧过程中受热面上的沉积物，就是将添加剂与秸秆混烧，生成高熔点的碱金属化合物，使碱金属固定在底灰中，从而降低受热面上的沉积腐蚀。经常采用的添加剂有煤、石灰石等。
秸秆成型颗粒燃料与煤混烧是解决单独燃用生物质燃料时在受热面上形成沉积腐蚀问题最简便、最有效的方法之一（张军等，2005）。其原理是煤中的氯、钾元素含量低，通过含氯、钾量较低的煤与含氯、钾量较高的秸秆燃料混烧，降低了氯、钾元素在形成沉积中的作用，从而降低了秸秆燃烧过程中在受热面上形成的沉积物。
许多国家都开展了秸秆与煤在现存锅炉中混烧技术的研究。在美国，秸秆与煤混烧技术已经在旋风炉、壁炉、煤粉炉等多种锅炉中得到了试验，结果表明：混合燃烧在一定程度上可以降低受热面上的沉积物，有利于秸秆直接燃烧技术的推广�；绻适锶⒌绯Ы崭延朊阂圆煌壤焐辗⒌纾崭炎畲蟛艋毂壤锏�18%，燃烧过程中，锅炉受热面上并未有沉积物的出现。作者对郑州某学校食堂的1.4 MW链条炉及某饭店的2.8 MW链条炉上使用秸秆成型颗粒燃料与煤混烧的情况进行了对比试验。结果发现：在秸秆与煤以不同比例混烧的1.4 MW链条炉中，水冷壁表面上没有出现沉积物；而在完全燃烧秸秆成型颗粒燃料的2.8 MW链条炉中水冷壁表面上出现了闪着白光的沉枳物�？杉河虢崭殉尚涂帕Ｈ剂匣焐沼兄诮档褪苋让嫔系某粱�，但是混烧的确切比例还需要根据实际通过试验来进一步确定。
添加碱性添加剂混烧。我们知道，秸秆燃烧过程中，烟气中的氯化钾、氯化钠沉积在受热面上是导致受热面腐蚀的重要原因。将石灰石、高岭土、硅藻土、氢氧化铝等碱性添加剂与秸秆混合燃烧，通过添加剂的吸附作用除去秸秆中的碱金属和氯，降低它们在受热面上的沉积量，从而减轻沉积对受热面的腐蚀。经过在鼓泡床的床料中添加含铝添加剂（高岭土、矾土、粉煤灰）和石灰石燃烧生物质锅炉的试验，发现秸秆中的钾与添加剂中的铝和硅形成了碱金属铝硅酸盐，氯则与石灰石中的钙结合成氯化钙，进入飞灰中(Coda et al．，2001)。作者研究发现，高岭土、燃煤飞灰、硅藻土可与氯化钾气体发生反应，将氯以HC1气体的形式释放，从而减少沉积物中水溶性氯的质量比例，降低换热金属面的腐蚀速度（马孝琴等，2006）。其中，燃煤飞灰和高岭土不但可有效地降低沉积物中水溶性氯的质量分数。而且还可以使沉积物变得疏松，便于吹灰装置将其吹掉，可有效地解决沉积物带来的受热面的换热和腐蚀问题。
研究发现，利用石灰石等添加剂降低受热面上的沉积物和腐蚀仍存在较多的问题，如燃煤飞灰只能绑定秸秆中的一部分钾成分，这使得应用燃煤飞灰做添加剂时，用量要比采用其他添加剂时大得多，从而大大增加了灰的产出量；高龄土可以缓解过热器表面的腐蚀，但发现仍有坚硬的渣块黏附在炉擘上。另外，对高氯含量的生物质，要将烟气中的氯化钾浓度降到足够低，必须添加较多的添加剂，导致运行成本增加。因此，利用添加剂解决秸秆燃烧过程中受热面上沉积问题还需要结合燃烧工况进行试验并优化相关参数，以期综合解决由碱金属引起的各种问题。
2)机械降低沉积物的形成
解决秸秆燃烧过程中受热面上的沉积腐蚀问题还可以通过在管壁上喷涂及吹灰等机械方式。
喷涂法是通过在受热面的表面上喷涂耐腐蚀材料、提高管壁的抗腐蚀能力从而降低沉积物对受热面腐蚀的一种方法。试验采用热喷射方法在受热面上喷涂一层由NiCrMoSiB合金组成的涂层，取得了较好效果。国内也采用对碳钢管渗铝的方法来降低沉积物对受热面的腐蚀度。采用喷涂方法增强受热面的抗腐蚀性是一种很有前景的方法，寻找合适的涂层材料是该技术的关键。
吹灰法是燃煤锅炉上降低水冷壁表面上沉积物的一种最通用的方法。通过吹灰可以防止飞灰颗�；�，保持受热面清洁，使烟气分布、受热面吸热能力及蒸汽温度维持在设计水平。通常，吹灰后，水冷壁的吸热量增加8%～10%，高温对流受热面的吸热量增加6%～7%，低温对流受热面及省煤器的吸热量增加2%～4%。
吹灰介质一般采用蒸汽，但对于硬焦，用蒸汽往往吹不掉，如果采用水力吹灰就很有效。但是水力吹灰必须设计好喷嘴的尺寸、角度、水压力、水流量、喷枪移动速度以及吹灰频率，以免对水冷壁和过热器造成热冲击。
根据经验，联合使用水、汽吹灰，效果更佳，即用水吹灰后再用蒸汽吹灰。但是无论是空气吹灰还是蒸汽吹灰都存在一定的问题：一方面要消耗大量的能量，如蒸汽吹灰，所耗蒸汽量占蒸汽总产量的1%，加之蒸汽的热损失及其节流损失和排烟损失的增加，吹灰器的运行要消耗锅炉效率的0.7%左右；另一方面，不适当的频繁吹灰也会因腐蚀和热应力对受热面造成损坏，缩短受热面的金属寿命，同时也增加了吹灰装置的维护费用。
尤为重要的是，秸秆燃烧过程中在锅炉受热面上形成的沉积物与燃煤锅炉内的沉积物不同，秸秆燃烧过程中在受热面上形成的沉积物具有光滑的表面和很小的孔隙度，是由碱土金属钾和钠以氧化物、氢氧化物、金属有机化合物的形式与二氧化硅一起形成的低温共熔物，其黏度和强都比较高，具有玻璃的化学特性。因此比燃煤产生的沉积物更难去除，吹灰装置的效果及其改进措施还需要进一步探索。
刮板法去除受热面上的沉积物就是通过刮板在受热面表面上进行上下运动使得受热面上的沉积物脱离受热面，从而达到去除沉积物的目的。刮板法是去除沉积物的一种行之有效的方法，可以根据受热面上沉积的形成情况设置刮板的运动频率。
3)通过操作方式的变化降低受热面上沉积物
通过操作方式的改变降低受热面上的沉积物就是通过对锅炉运行中的参数的调整、改变锅炉布置及燃料燃烧方式等方法降低受热面上的沉积物。
风速对受热面上沉积物的形成具有重要的影响。当风速超过一定速度时，大部分飞灰来不及撞击受热面而随烟气排出，减少了飞灰颗粒与壁面的接触概率；与此同时，初始黏在受热面上的颗粒在较大风速的作用下也会重新回到烟气中，从而降低了受热面上的沉积物，因此，增大风速应该是降低水冷壁表面上沉积物的一种方法。但是较大的风速提高了排烟热损失，降低了锅炉效率，同时过大的风速可能吹灭锅炉。目前，对锅炉供风速度的调整一般是根据锅炉和燃料的类型而进行的。
较高的炉膛温度是影响沉积物形成的主要原因之一。较高的炉膛温度使得烟气中碱金属、氯化物含量较高的飞灰颗粒处于熔融状态，当遇到温度较低的受热面时就凝结在受热面上，形成沉积物。通过锅炉串联降低受热面上的沉积就是根据使用目的及燃料特点将两台锅炉串联起来，降低燃烧秸秆锅炉的炉膛温度，减少高温下熔融的飞灰颗粒，从而降低受热面上的沉积物。
锅炉串联可分为三种：第一种是将两台燃烧秸秆的热水锅炉进行串联。串联的方法是把第一台锅炉排出的烟气通入另一台锅炉，然后利用烟气的余热产生热水，从而有效地降低了烟气温度，使烟气中的飞灰颗粒处于固相状态，这种处理方式实际上就是烟气的余热利用。江苏盐城的一个浴池就是通过此种方式解决秸秆燃烧过程中受热面上的沉积问题的。第二种是燃秸秆的热水锅炉与燃煤蒸汽锅炉的串联。燃秸秆锅炉生产热水、炉膛温度较低，产生的热水通入燃煤蒸汽锅炉，燃煤蒸汽锅炉炉膛温度较高，将蒸汽继续加热到一定的温度和压力。通过热水锅炉与蒸汽锅炉的串联，降低了秸秆燃烧炉的温度，从而减少了秸秆燃烧过程中在受热面上形成的沉积物。第三种是将燃秸秆锅炉与燃木材锅炉进行串联。原理是秸秆中碱金属及氯的含量较高，燃烧过程中易在锅炉受热面上形成沉积物，而木材中碱金属及氯的含量较低，燃烧时不易在受热面上形成沉积物，将燃秸秆的锅炉产生的低温蒸汽通人燃木材的锅炉中进一步加热到所要求的温度和压力，通过这种方式，既降低了燃秸秆锅炉的炉膛温度，减少了受热面上的沉积物，又利用了秸秆等生物质能源。丹麦的EV3厂就是通过这种方式降低受热面上的沉积量及腐蚀率的，其工艺流程是将燃秸秆的锅炉产生的470℃的蒸汽通人到燃木材的锅炉中，使温度提高到所需要的温度(542℃)，此时，燃秸秆锅炉的炉膛温度维持在灰熔温度以下，降低了碱金属和氯的析出量，从而降低了飞灰在受热面上沉积率及氯对锅炉受热面的腐蚀率。
可见，根据燃料的特点将不同的锅炉串联起来，既解决了秸秆燃烧在锅炉受热面上产生的沉积腐蚀问题，又解决了化石燃料燃烧带来环境和资源问题，是秸秆热利用中比较有前途的一种发展方式。
低温热解也是降低在锅炉受热面上形成沉积物的一种非常有效的方法。其过程是首先将秸秆在低温下进行热解，然后将产生的热解气体通人一个独立的燃烧器里进行燃烧。由于热解温度低，还没有达到灰熔点，就已经析出挥发分并开始燃烧，在热解过程中碱金属、氯仍然保留在焦炭内，产生的热解气体中含有较少的氯、碱金属及飞灰颗粒，因此减少了受热面上的沉积物，从而降低了腐蚀率。必须指出，秸秆低温热解的确可以减少沉积物，但是低温热解也增加了焦油析出量，可能会引起管道堵塞、黏结烟尘的产生等问题。
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