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)沉積層在與周圍氣體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。