通过以上分析,可以得出锅炉燃烧生物质会出现更严重的灰沉积和腐蚀问题,关键是其燃料特性和组分。因此解决积灰和腐蚀问题,可以通过改变其燃料的组分进行控制,去除有害元素或抑制其在积灰和腐蚀中发挥作用。针对此种情况,较常用的添加剂处理方法有两种(详见表2),本文认为在生物质燃料中适当加入特定成分的添加剂,通过在燃烧过程中与燃料发生化学反应改变碱金属和氯元索的析出形式,或提高碱金属化合物的熔点、或减少含氯化合物在积灰中的含量,最后都能有效缓解灰沉积和腐蚀问题[75]。
余滔[78]通过研究对DBBF中添加不同的添加剂(添加含量为9%),根据文献[78]中的实验数据可绘制图5,EDS分析灰分中碱金属元素和氯元素的成分变化效果,可以看出,防腐降沉添加剂对钾元素与氯元素影响较为明显,氧化钠虽然在添加剂的作用下有了一定降低,但是效果不明显。生物质燃料燃烧过程中加入添加剂的作用分为两种,一种是影响(根据文献[72]中的实验数据绘得)与原有物质生成化合物,提高飞灰和灰渣的软化温度或熔点,另一种是固定和转化腐蚀性气体或固体。国内外关于生物质燃料燃烧过程中加入添加剂的研究主要为含铝、硅、硫和钙[79-80]的化合物,DBBF防腐降沉添加剂的研发现状可如表3所示。
3 DBBF燃烧助燃剂的研究现状
通过查阅国内外近十年的文献来看,国内外研发的助燃剂主要是针对煤用助燃与点火,针对生物固化成型燃料(DBBF)助燃剂的研究开发相对较少。主要是由于生物质原料疏松质轻、不可与煤用增燃剂、助燃剂、黏结剂均匀掺和在一起,在成型过程中,成型机模具产生很大摩擦,产生较高热量,尤其是热压成型过程中如果加入助燃剂将会在压制过程中起火[86]。所以DBBF助燃剂的研究开发相比于煤用助燃剂在添加剂筛选上要困难很多。
袁海荣[87]、左晓宇[88]、李秀金[89]等针对玉米秸秆固化成型燃料(densified corn stover briquetting fuel,DCBF)在民用炊事中点火困难的困局进行了助燃剂的研究,其主要的DBBF助燃剂研发技术路线可如图6所示,袁海荣等利用用废机油(E)、废柴油(D)和工业酒精(A)以不同的体积比研制出25种液体助燃剂,利用LLA-6型生物质半气化炉进行了多次点火实验,并通过观察火焰点火情况,发现ED15和DA51两种助燃剂做为备选助燃剂,其最佳用量分别为9mL和8mL,比不用助燃剂点火速度快30~40倍。同时,还开展了DCBF燃烧特性及其数值模拟方面的研究,获得了一些重要的结论。
关于生物质成型燃料助燃剂的描述和含量配比,部分专利中也有说明。黎诚[90]在中国专利104962339A中配制了一种由20%~40%高锰酸锌和15%~30%二氧化镁组成的DBBF高效助燃剂,且其助燃效果优良。针对生物质炭化成型燃料来说,专利CN87206321U所述的易燃炭球中含有硫磺等助燃剂添加剂,燃烧时会放出有毒物质,且国外生产的一种浸泡高级脂肪酸等有机物的炭球,虽然点燃容易,包装简便,但在点燃后,待有机助燃剂基本着火完毕,往往会冒数分钟的烟,气味异常难闻。而我国目前市场上广泛使用的易燃活性炭球,其中所含的Ba(NO3)2是有毒物质,鉴于此,上海理工大学张守玉等[91]在中国专利104403713A中使用0.1%~5%的油脂涂抹在炭化成型燃料的表面上,来起到对DBBF的助燃功效。朱川等[92]已经针对煤样利用热重分析的办法,标定了着火温度、恒温区碳转化率与残灰碳氢含量3个参数作为助燃剂催化助燃效果的评价指标,开发了燃煤助燃剂催化助燃效果评价方法,助燃评价标准的建立对于DBBF助燃剂的研发和筛选也同样重要。