雨树木材与低阶煤高比例混燃对管式炉结渣积灰及灰分特性的影响研究

本研究针对燃煤电厂混燃生物质导致的结渣积灰问题，以印尼丰富的雨树(Samanea saman)木材为对象，通过管式炉实验探究20%与50%混燃比例对灰分特性、SO2/NOx排放及结渣风险的影响。发现50%混燃比例会显著增加钙钾沉积风险，但可降低污染物排放，为热带地区生物质能源化利用提供了重要数据支撑。

　　

在全球能源转型背景下，燃煤电厂面临减排压力与燃料优化的双重挑战。热带地区丰富的生物质资源为煤电清洁化提供了新思路，但高比例混燃带来的结渣(slagging)和积灰(fouling)问题制约其应用。印尼作为全球第三大产煤国，年耗煤量达1.17亿吨，亟需开发适合本地特色的混燃方案。雨树(Samanea saman)因其耐旱耐涝特性在印尼广泛分布，其木材加工产生20-30%的废弃生物质，具有低硫低灰的燃料优势，但高比例混燃时的灰分行为尚不明确。

针对这一科学问题，印度尼西亚国家研究与创新院能源与制造研究组织的研究团队在《Biomaterials Advances》发表重要成果。研究人员采用管式炉(DTF)实验系统，结合灰熔融温度(AFT)分析、X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱(SEM-EDS)等技术，系统评估了20%与50%雨树木材混燃比例对灰分特性、污染物排放及结渣风险的影响机制。

燃料特性分析
通过工业分析和元素分析发现，雨树木材的灰分(1.68%)和硫含量(0.03%)显著低于低阶煤(12.3%灰分，0.5%硫)，但钾(1.12%)和钙(2.01%)等碱金属含量较高。混燃后燃料的碱/酸比(B/A)从0.27(纯煤)升至0.52(50%混燃)，预示结渣风险增加。

灰熔融特性
AFT测试显示，50%混燃样本的变形温度(DT)降低72°C，软化温度(ST)降低89°C。XRD证实混燃灰中钙长石(anorthite)和钾霞石(kaliophilite)等低熔点矿物增多，这是熔融温度下降的关键因素。

灰沉积特征
DTF实验后，50%混燃组的探针表面出现褐色沉积层，SEM-EDS显示其CaO(28.5%)和K₂O(9.7%)含量较20%混燃组分别增加210%和180%。根据灰沉积指数(F_u)评估，50%混燃的结渣风险升至中等，积灰风险达高等。

排放特性
令人意外的是，50%混燃使SO₂排放降低37%，NOx减少22%，这归因于生物质灰分对硫的固定作用及燃料氮的稀释效应。

该研究首次阐明雨树木材混燃的"双刃剑"效应：虽然20%比例可安全应用，但50%混燃会通过钙钾迁移引发严重沉积问题。这一发现为热带地区生物质混燃比例的优化提供了临界阈值，对印尼等煤炭依赖型国家的能源转型具有重要指导意义。研究提出的碱金属迁移机制和灰分矿物转化模型，也为后续开发生物质预处理技术奠定了理论基础。