摘要(yao)： 耐火材料的選擇對生物質鍋爐的成功使用起著至關重要的作用，生物質鍋爐中的耐火材料在使用后中對結垢、結渣、堿蝕、一氧化碳分解等承擔著一些降解的作用。在實驗對含有Sic 和鋯(gao)英石(shi)的澆注料進(jin)行(xing)評估，在現場條件下使用(yong)于燃木屑(xie)鍋爐中(zhong)，對爐渣(zha)進(jin)行(xing)評估得到了非常好的結果。
生(sheng)物(wu)質(zhi)轉換(huan)指的(de)是(shi)把生(sheng)物(wu)質(zhi)轉換(huan)成能(neng)量并適應其進(jin)行發電或產生(sheng)熱量的(de)工藝。生(sheng)物(wu)質(zhi)轉化(hua)(hua)是(shi)通過直接燃燒(shao)或氣化(hua)(hua)系統實現(xian)的(de)。厭氧(yang)消化(hua)(hua)是(shi)另一種生(sheng)物(wu)質(zhi)轉換(huan)途徑，包括一系列的(de)生(sheng)化(hua)(hua)工藝，如可降解材料的(de)無氧(yang)的(de)狀態(tai)下分(fen)解。
在(zai)(zai)直接燃燒系統(tong)中，生(sheng)物質(zhi)燃料在(zai)(zai)鍋(guo)爐中燃燒產生(sheng)高壓蒸汽(qi)(qi)來(lai)推動汽(qi)(qi)輪(lun)機(ji)或其它加熱(re)方式。在(zai)(zai)氣化中，固(gu)態生(sheng)物質(zhi)分解形成能(neng)夠被(bei)過濾及能(neng)被(bei)氣輪(lun)機(ji)使用的(de)可(ke)燃氣體。
燃燒(shao)的原料以含水量(liang)在(zai)15%~50%的碎木屑(xie)為燃料，木屑(xie)燃燒分(fen)為四(si)個階段：干燥(zao)、高溫(wen)分(fen)解、氣化(hua)及燃燒，包括(kuo)多(duo)種熱(re)化(hua)學反應，溫(wen)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改善其性能。
生(sheng)物質(zhi)燃(ran)燒能夠釋放多種化學成(cheng)(cheng)分(fen)，如水分(fen)、氯(lv)、硫及灰，這些成(cheng)(cheng)分(fen)取決于(yu)被燃(ran)燒的(de)生(sheng)物質(zhi)的(de)性質(zhi)，灰化學成(cheng)(cheng)分(fen)包括AL2O3、SiO2、CaO、堿、P2O5等，其百(bai)分(fen)比隨(sui)生物(wu)質原料的(de)來源而產生變化。例(li)如，K2O+Na2O的含量變(bian)化為8.0%~51.4%，這就是因為生物質來源不同。這些灰的成分變化以及現有爐子的環境都能以不同方式影響到耐火材料。耐火材料在生物質環境下燃燒的主要問題是結垢、結渣、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(qu)決于爐子的現有條件。
耐(nai)(nai)火(huo)材(cai)料在生物(wu)質(zhi)爐中的(de)抗堿性是必不(bu)可少的(de)，因為堿能多方面侵(qin)蝕耐(nai)(nai)火(huo)材(cai)料。不(bu)同來源生物(wu)質(zhi)原料產生的(de)堿可通過(guo)不(bu)同機理分解耐(nai)(nai)火(huo)材(cai)料，堿（K2O、Na2O等(deng)）與(yu)耐火材(cai)料(liao)基質(zhi)反應(ying)形成多種(zhong)新相(xiang)使體積(ji)增加，并(bing)因此(ci)在結(jie)構內產生壓(ya)力。新的堿性(xing)(xing)硅(gui)酸鋁相(xiang)的形成類型及性(xing)(xing)質(zhi)是耐火材(cai)料(liao)化學性(xing)(xing)能的其(qi)中一種(zhong)功能，尤其(qi)是基質(zhi)部(bu)分。新相(xiang)可能是正長(chang)石、鈉長(chang)石、長(chang)石族（像鉀霞石）以及β-氧化鋁(lv)(lv)。這些堿性硅酸鋁(lv)(lv)相的體積（達到50%）比(bi)初(chu)始硅(gui)酸鋁相大，在耐(nai)火內襯剝落(luo)時(shi)能夠釋(shi)放壓力。并且，堿蒸(zheng)汽通過低溫區域的空隙凝(ning)聚(ju)滲透，堵住氣孔，降低了耐(nai)火材料(liao)的熱沖(chong)擊(ji)和抗剝落(luo)性。
在(zai)燃燒(shao)(shao)木屑的(de)(de)應(ying)用中(zhong)，結(jie)渣和(he)結(jie)垢(gou)是(shi)其(qi)面(mian)臨的(de)(de)另(ling)一(yi)個(ge)難題。結(jie)垢(gou)發生在(zai)鍋爐相對(dui)較冷的(de)(de)部(bu)分(fen)(fen)，在(zai)那里(li)無機(ji)揮發物作為化合物聚集在(zai)耐火(huo)材料上(shang)，并(bing)覆蓋水管(guan)(guan)，或水管(guan)(guan)表(biao)面(mian)，形(xing)(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)沉(chen)(chen)積(ji)層(ceng)。這個(ge)沉(chen)(chen)積(ji)層(ceng)在(zai)與周圍(wei)氣體和(he)其(qi)他沉(chen)(chen)積(ji)層(ceng)中(zhong)的(de)(de)成(cheng)分(fen)(fen)相互(hu)作用后可能被穿(chuan)透或可能燒(shao)(shao)結(jie)成(cheng)為一(yi)個(ge)更(geng)硬的(de)(de)致密(mi)層(ceng)。沉(chen)(chen)積(ji)層(ceng)的(de)(de)厚度隨著時間的(de)(de)增加(jia)而變厚，熱(re)水面(mian)的(de)(de)溫度隨著沉(chen)(chen)積(ji)層(ceng)本身的(de)(de)隔離(li)而升高，使沉(chen)(chen)積(ji)物中(zhong)某(mou)些(xie)化學成(cheng)分(fen)(fen)達(da)到其(qi)熔(rong)點。這個(ge)過(guo)程逐漸加(jia)快，幾乎任(ren)何(he)東(dong)西在(zai)管(guan)(guan)上(shang)撞擊沉(chen)(chen)積(ji)物都(dou)可能被卡住。固體狀態下的(de)(de)灰(hui)顆(ke)粒，以及來自燃燒(shao)(shao)室中(zhong)的(de)(de)小顆(ke)粒，都(dou)可能繼續在(zai)管(guan)(guan)上(shang)累積(ji)而形(xing)(xing)成(cheng)一(yi)層(ceng)厚的(de)(de)沉(chen)(chen)積(ji)層(ceng)。
這(zhe)樣隨著表面溫度的(de)連續升高，大部分沉積(ji)物再熔(rong)相增加時可能開(kai)始流動(dong)，沉積(ji)物偶(ou)爾會(hui)變(bian)得很重(zhong)(zhong)，由(you)于(yu)(yu)自身(shen)重(zhong)(zhong)力會(hui)掉(diao)落(luo)，這(zhe)個過程(cheng)叫做結(jie)渣，生物質鍋爐中的(de)灰塵積(ji)物對從火焰以及氣(qi)體到水(shui)管的(de)熱傳遞的(de)影(ying)響是(shi)很大的(de)，并由(you)此(ci)降低爐子的(de)效率。由(you)于(yu)(yu)灰的(de)相關問題，鍋爐頻繁清潔或在極端(duan)情況下被(bei)關閉。
經過以上推理與論證最終在(zai)選用添加SiC作(zuo)為(wei)抗(kang)侵蝕性及(ji)抗(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)性的(de)材料(liao)(liao)時起到(dao)了明顯的(de)效果(guo)，當碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)材料(liao)(liao)在空氣中(zhong)加熱(re)到(dao)1300℃時，在其碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)晶體表面(mian)開(kai)始生成二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)保護(hu)(hu)(hu)層(ceng)。由于二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)保護(hu)(hu)(hu)膜的(de)作(zuo)用，隨著保護(hu)(hu)(hu)層(ceng)的(de)加厚，阻(zu)止了內部碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)繼續被(bei)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)，這使碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)有較好的(de)抗(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)性。當溫度(du)到(dao)1900K(1627℃)以(yi)(yi)(yi)上時，二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)保護(hu)(hu)(hu)膜開(kai)始被(bei)破壞，碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)作(zuo)用加劇，所以(yi)(yi)(yi)1900K是碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅(gui)(gui)在含氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)劑氣氛(fen)下的(de)最高工作(zuo)溫度(du)。 給出的(de)燃燒木屑(xie)的(de)爐(lu)渣結果(guo)顯示(shi)。爐(lu)渣是硅(gui)(gui)質(zhi)，含SiO2、CaO、P2O5以(yi)(yi)(yi)及(ji)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鐵。爐(lu)渣非常致密，氣孔率(lv)為(wei)1.7%，熔(rong)點范圍在1250~1300℃之間。
結束(shu)語：結渣(zha)黏連是燃(ran)燒(shao)木屑燃(ran)燒(shao)爐的一個重要問(wen)題，能夠影響到燃(ran)燒(shao)爐的效率及耐(nai)火材料的使(shi)用(yong)壽命(ming)。生(sheng)物質燃(ran)燒(shao)爐的整體內襯能夠防止結渣(zha)黏連，同時要具有足(zu)夠的強度(du)來承受爐渣(zha)清潔(jie)，用(yong)于(yu)渣(zha)-耐(nai)火材(cai)料界(jie)面結合處(chu)具(ju)有良(liang)好(hao)的(de)(de)耐(nai)火性及化學惰性。一系列的(de)(de)試(shi)驗證明使用致密澆注料，再添(tian)加SiC后對(dui)爐(lu)渣黏(nian)連有非(fei)常好(hao)的(de)(de)效果。