沉積的形成主要是灰分在燃燒過程中的形態(tài)變化和輸送作用的結(jié)果，生物質(zhì)顆粒燃料燃燒形成機(jī)理應(yīng)從兩個(gè)方面分析，秸稈顆粒機(jī)壓制的玉米秸稈顆粒燃料如下所示：
一是內(nèi)因，就是秸稈等生物質(zhì)中含有形成沉積的物質(zhì)條件，如作物秸稈中幾乎含有土壤和水分中所包含的各種元素，其中金屬元素K、Na、Ca、Mg，非金屬元素Cl、N、S等，它們大都性質(zhì)活潑，極易與堿金屬元素形成KC1、NaCl、NOx、HC1等。堿金屬是形成沉積的物質(zhì)基礎(chǔ)，非金屬元素Cl等有推動(dòng)堿金屬流動(dòng)的能力，是不斷供給沉積成型成長的運(yùn)輸工具。二是外因，就是爐膛提供的溫度及熱動(dòng)力條件，使揮發(fā)析出的堿金屬以及在熱空氣中游動(dòng)的礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)顆粒具有到達(dá)受熱面的推動(dòng)力，具備進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)的溫度條件。通過內(nèi)、外因的有機(jī)配合形成沉積。
可見，生物質(zhì)燃燒過程發(fā)生沉積有其形成的必然性和復(fù)雜性，只要有生物質(zhì)燃燒就會(huì)發(fā)生沉積，因此，沉積是生物質(zhì)燃燒設(shè)備運(yùn)行過程中不可避免的；當(dāng)然，不同的燃燒設(shè)備也沒有完全相同的內(nèi)、外因素，因此不同的燃燒設(shè)備產(chǎn)生沉積的狀態(tài)及形成過程是不可能相同的。我們解決沉積的技術(shù)路線主要考慮以上分析的內(nèi)外因素，需要采取破壞這兩個(gè)形成因素的氣氛與動(dòng)力場(chǎng)，即采取反向技術(shù)措施，一是消減內(nèi)因的基礎(chǔ)，二是降低爐溫及避免爐膛熱動(dòng)力的推動(dòng)力過強(qiáng)作用，三要及時(shí)清除已經(jīng)形成的沉積，從而達(dá)到減少、預(yù)防、鏟除沉積，保證燃燒設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)，尤其是秸稈成型顆粒燃料的燃燒過程中，在爐膛內(nèi)巨大氣流的作用下，煙道氣中粒徑較大的顆粒由于慣性撞擊受熱面，撞擊受熱面的顆粒一部分被反彈回?zé)煔庵校硪徊糠终迟N在受熱面上與煙氣中酸性氣體形成低熔化合物或低熔共晶體，這些沉淀物經(jīng)長時(shí)間高溫?zé)煔鉄Y(jié)，形成致密結(jié)晶鹽類沉積于受熱面。
在高溫對(duì)流煙氣中，煙氣溫度一般高于800℃，而受熱面的壁面溫度一般為550～650℃。由于飛灰中堿金屬離子(Na+、K+)在高溫下處于氣態(tài)，約730℃發(fā)生凝結(jié)。當(dāng)煙氣進(jìn)入對(duì)流煙道遇到低于700℃的受熱面時(shí)，堿金屬離子就會(huì)在表面凝結(jié)，形成堿金屬的化合物沉積于受熱面，同時(shí)混有一些其他成分的灰粒一起被黏附在受熱面。這些沉積經(jīng)長期高溫?zé)煔馑峄療Y(jié)，形成密實(shí)的積灰層。煙氣溫度越高，灰中堿金屬越多，燒結(jié)時(shí)間越長，沉積就越厚，越難清除。
2、沉積形成過程
根據(jù)觀察和化驗(yàn)結(jié)果的分析，沉積主要是通過凝結(jié)和化學(xué)反應(yīng)機(jī)制形成的。凝結(jié)是指由于換熱面上溫度低于周圍氣體的溫度而使氣體凝結(jié)在換熱面上的過程。化學(xué)反應(yīng)機(jī)制是指已經(jīng)凝結(jié)的氣體或沉積的飛灰顆粒與流過它的煙氣中的氣體發(fā)生反應(yīng)。例如，凝結(jié)的KC1和KOH與氣態(tài)的S02反應(yīng)生成K2 S04等。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，受熱面沉積中硫的濃度很高，堿金屬多以硫酸鹽( Naz S04、K2 SO。、Na2 Si2 05)等低熔化合物或低熔共晶體的形式出現(xiàn)，而鉀、鈉多是以氣態(tài)形式從燃料中揮發(fā)出來的，然后凝結(jié)在受熱面上。
用XRD對(duì)沉積樣進(jìn)一步進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，秸稈燃燒過程氯是以KC1的形式凝結(jié)在沉積中的，是形成沉積的主要物相，根據(jù)X射線衍射儀對(duì)生物質(zhì)原料的研究可知，生物質(zhì)原樣中的XRD圖譜中沒有KC1。可見，KC1是在燃燒過程中通過化學(xué)反應(yīng)形成的。
試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)，煙氣進(jìn)入低溫受熱面后，煙氣中的水蒸氣、酸霧等會(huì)吸附灰塵顆粒形成尾部積灰，進(jìn)而發(fā)生沉積。沉積的表面上有部分顆粒較大的飛灰粒子，這主要是煙道氣中的大顆粒撞擊受熱面后，粘貼在沉積的表面上，此時(shí)形成的沉積屬于低溫沉積，主要是飛灰粒子受含有酸霧的煙氣影響而形成，具有較強(qiáng)的腐蝕性。溫度較低的水冷壁表面及過熱器尾部的沉積在形成過程中逐漸從液相轉(zhuǎn)向固相。
研究結(jié)果表明：在秸稈燃燒過程中，堿金屬在爐膛高溫下?lián)]發(fā)析出，然后凝結(jié)在受熱面上，呈黏稠狀熔融態(tài)，捕集氣體中的固體顆粒，使得顆粒聚團(tuán)，導(dǎo)致沉積的形成。另外，秸稈等生物質(zhì)中含有較高的Cl、K等非金屬元素，它們均以離子狀態(tài)存在，很容易與堿金屬形成穩(wěn)定的化合物進(jìn)而發(fā)生沉積，沉積物能夠不斷在較高的爐膛溫度中將堿金屬運(yùn)往受熱面，粘貼在受熱面上形成沉積。
形成沉積的受熱面都是由直徑大小不一的球狀晶粒組成，這些晶粒排列混亂，部分動(dòng)能較大的晶粒逃離了原來的位置與其他晶粒聚集在一起，在受熱表面上形成一個(gè)凸面，而在原來的位置上形成了空位，猶如一個(gè)個(gè)洞穴，隨著溫度的升高，具有較大動(dòng)能的晶粒在晶粒中的比例增加，洞穴的數(shù)量也隨之增多，受熱面的表面將更加凹凸不平。凹陷部分具有接納、保護(hù)沉積的作用，更易形成沉積。當(dāng)高溫?zé)煔庵酗w灰顆粒遇到熾熱的受熱面時(shí)，大部分聚集在受熱面表面的凹陷處，形成沉積；落在凸面上灰粒，一部分在重力、氣流黏性剪切力及煙道中的飛灰顆粒的撞擊力的作用下脫落，重新回到高溫?zé)煔庵小Ａ硗猓诔练e初始形成時(shí)，由于受熱面表面上沉積的粒子少、壁面溫度較低，粒子表面的黏度不足以捕獲、黏住撞擊壁面的大顆粒，所以主要以小顆粒為主。隨著留在表面上的沉積越積增厚，黏性增加，當(dāng)遇到高溫?zé)煔庵写箢w粒碰撞壁面或堿金屬硫酸鹽及氯化物凝結(jié)在壁面上時(shí)，二者就發(fā)生聚團(tuán)現(xiàn)象，并逐步增大。
較多的沉積降低了此處受熱面的換熱性能，壁面溫度升高，沉積表面熔化，黏性增加，黏結(jié)越來越多的飛灰顆粒，從而出現(xiàn)了沉積聚團(tuán)現(xiàn)象。最終覆蓋整個(gè)表面。
受熱面上形成的沉積是由大小不一的顆粒黏結(jié)在一起形成的聚團(tuán)，聚團(tuán)之間有一些小孔，表面形狀呈蜂窩狀部分，聚團(tuán)的顆粒表面出現(xiàn)熔化現(xiàn)象，黏性增加，為沉積的進(jìn)一步增長提供了有利條件。當(dāng)煙道氣中的大顆粒遇到具有較大黏性的沉積面也會(huì)被捕獲。
具體來說，沉積的形成主要是秸稈中的灰分在燃燒過程中的形態(tài)變化和輸送作用的結(jié)果，其形成過程可分為顆粒撞擊、氣體凝結(jié)、熱遷移及化學(xué)反應(yīng)四種。
秸稈成型顆粒燃料的燃燒過程中，在爐膛內(nèi)氣流的作用下，煙道氣中粒徑較大的顆粒由于慣性撞擊受熱面，撞擊受熱面的顆粒一部分被反彈回?zé)煔庵校硪徊糠终迟N在受熱面上形成沉積。
隨著壁溫的增高及沉積滯留期的延長，沉積層出現(xiàn)了燒結(jié)和顆粒間結(jié)合力增強(qiáng)的現(xiàn)象。在較高的管壁溫度作用下，沉積層的外表面灰處于熔化狀態(tài)( Nielsen，1998)，黏性增加，當(dāng)煙道氣氣流轉(zhuǎn)向時(shí)，具有較大慣性動(dòng)量的灰粒離開氣流而撞擊到受熱面的壁面上，被沉積層捕捉，沉積層變厚。
當(dāng)重力、氣流黏性剪切為以及飛灰顆粒對(duì)壁面上沉積的撞擊力等破壞沉積形成的共同作用力超過了沉積與壁面的黏結(jié)力時(shí)，沉積塊就從受熱面上脫落，這種脫落的沉積塊在鍋爐上稱為塌灰（垮渣），一般的塌灰將使?fàn)t內(nèi)負(fù)壓產(chǎn)生較大波動(dòng)，嚴(yán)重塌灰將會(huì)造成鍋爐滅火等事故。
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