摘要： 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 和鋯英石的澆注料進行評估，在現場條件下使用于燃木屑鍋爐中，對爐渣進行評估得到了非常好的結果。  

    生物質轉換指的是把生物質轉換成能量并適應其進行發電或產生熱量的工藝。生物質轉化是通過直接燃燒或氣化系統實現的。厭氧消化是另一種生物質轉換途徑，包括一系列的生化工藝，如可降解材料的無氧的狀態下分解。

    在直接燃燒系統中，生物質燃料在鍋爐中燃燒產生高壓蒸汽來推動汽輪機或其它加熱方式。在氣化中，固態生物質分解形成能夠被過濾及能被氣輪機使用的可燃氣體。

    燃燒的原料以含水量在15%~50%的碎木屑為燃料，木屑燃燒分為四個階段：干燥、高溫分解、氣化及燃燒，包括多種熱化學反應，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改善其性能。

    生物質燃燒能夠釋放多種化學成分，如水分、氯、硫及灰，這些成分取決于被燃燒的生物質的性質，灰化學成分包括AL2O3、SiO2、CaO、堿、P2O5等，其百分比隨生物質原料的來源而產生變化。例如，K2O+Na2O的含量變化為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，要取決于爐子的現有條件。

    耐火材料在生物質爐中的抗堿性是必不可少的，因為堿能多方面侵蝕耐火材料。不同來源生物質原料產生的堿可通過不同機理分解耐火材料，堿（K2O、Na2O等）與耐火材料基質反應形成多種新相使體積增加，并因此在結構內產生壓力。新的堿性硅酸鋁相的形成類型及性質是耐火材料化學性能的其中一種功能，尤其是基質部分。新相可能是正長石、鈉長石、長石族（像鉀霞石）以及β-氧化鋁。這些堿性硅酸鋁相的體積（達到50%）比初始硅酸鋁相大，在耐火內襯剝落時能夠釋放壓力。并且，堿蒸汽通過低溫區域的空隙凝聚滲透，堵住氣孔，降低了耐火材料的熱沖擊和抗剝落性。

    在燃燒木屑的應用中，結渣和結垢是其面臨的另一個難題。結垢發生在鍋爐相對較冷的部分，在那里無機揮發物作為化合物聚集在耐火材料上，并覆蓋水管，或水管表面，形成一個沉積層。這個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成為一個更硬的致密層。沉積層的厚度隨著時間的增加而變厚，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成分達到其熔點。這個過程逐漸加快，幾乎任何東西在管上撞擊沉積物都可能被卡住。固體狀態下的灰顆粒，以及來自燃燒室中的小顆粒，都可能繼續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升高，大部分沉積物再熔相增加時可能開始流動，沉積物偶爾會變得很重，由于自身重力會掉落，這個過程叫做結渣，生物質鍋爐中的灰塵積物對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。由于灰的相關問題，鍋爐頻繁清潔或在極端情況下被關閉。

   經過以上推理與論證最終在選用添加SiC作為抗侵蝕性及抗氧化性的材料時起到了明顯的效果，當碳化硅材料在空氣中加熱到1300℃時，在其碳化硅晶體表面開始生成二氧化硅保護層。由于二氧化硅保護膜的作用，隨著保護層的加厚，阻止了內部碳化硅繼續被氧化，這使碳化硅有較好的抗氧化性。當溫度到1900K(1627℃)以上時，二氧化硅保護膜開始被破壞，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果顯示。爐渣是硅質，含SiO2、CaO、P2O5以及氧化鐵。爐渣非常致密，氣孔率為1.7%，熔點范圍在1250~1300℃之間。

結束語：結渣黏連是燃燒木屑燃燒爐的一個重要問題，能夠影響到燃燒爐的效率及耐火材料的使用壽命。生物質燃燒爐的整體內襯能夠防止結渣黏連，同時要具有足夠的強度來承受爐渣清潔，用于渣-耐火材料界面結合處具有良好的耐火性及化學惰性。一系列的試驗證明使用致密澆注料，再添加SiC后對爐渣黏連有非常好的效果。