En ce qui concerne la science de la combustion de la biomasse, rien n'est plus compliqué que les paramètres de fusion de cendres (cokéfaction). Lorsque les caractéristiques de cokéfaction sont bonnes, la cendre est encore des cendres, et le seul défi est que les cendres ne sont pas excessivement retirées du système de combustion par accumulation. Au contraire, lorsque les propriétés de fusion des cendres ne sont pas favorables, quelque chose d'étrange se produit - les cendres s'agglutinent et doit être cassé ou même ciselé hors du cendrier . Plus tard, il peut former une brique qui ressemble à un morceau de verre ou même un nid d'abeille. Lorsqu'elle s'accumule dans un brûleur industriel, cet état de cendres est appelé cokéfaction ou scorification. Quoi que vous l'appeliez, quoi qu'il ressemble, c'est une chose relativement simple à faire, car c'est simplement une fonction du point de fusion.
Tout d'abord, déterminons d'abord que la cendre "propre" (exempte de saleté, de roche, de carbone imbrûlé, etc.) est principalement une combinaison d'oxydes inorganiques. Lorsque la biomasse est brûlée, la matière organique (essentiellement tout le carbone, l'hydrogène, l'azote et l'oxygène) est libérée, tandis que les minéraux inorganiques restent sous la forme oxydée, que nous considérons comme des cendres. Grâce à la détection, les cendres de la biomasse sont principalement composées de calcium, de dioxyde de silicium, d'aluminium, de magnésium, de potassium, de manganèse, de sodium, de fer, de phosphore et d'autres formes d'oxydes minéraux. Chacun de ces minéraux oxydés existe sous forme de solide et, comme tout autre solide, a un point de fusion. La gamme de points de fusion des divers oxydes minéraux présents peut varier considérablement, le point de fusion total des cendres se produisant à des températures élevées en fonction de tous les composants minéraux et des interactions chimiques. Par conséquent, les cendres fondent généralement dans une certaine plage de températures, et non à une température spécifique. La plage peut aller de quelques degrés à 50 ou même 100 degrés Celsius. C'est pourquoi lorsque vous voyez les résultats des tests de fusion des cendres, ils sont signalés comme une plage de températures (par exemple, température de déformation =1310 °C, température de l'hémisphère =1330 °C, température d'écoulement =1350 °C). Dans ce cas , la cendre fond à 40 degrés Celsius.
La température de déformation (DT) est considérée comme un paramètre clé dans les tests de fusion des cendres, car il s'agit de la température à laquelle les cendres commencent à fondre et à devenir "collantes". Les cendres collantes s'accumulent sur presque toutes les surfaces du système de combustion, ce qui entraîne un effet isolant, entraînant une augmentation de la température de l'ensemble du système de combustion. Des températures plus élevées conduisent à plus de fusion. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que les cendres deviennent fluides et essentiellement des scories. Fait intéressant, les propriétés des scories peuvent vous dire quelque chose. Si la cendre est grumeleuse, elle peut toujours être cassée à la main. Si vous trouvez du vrai verre, la cendre a complètement fondu. Un morceau de cokéfaction se situe généralement quelque part entre les deux. La clé pour empêcher la fusion des cendres (cokéfaction) est de maintenir la température du système de combustion en dessous du DT des cendres. Étant donné que la plupart des systèmes de combustion de biomasse fonctionnent à 1200 degrés Celsius ou moins, le carburant est généralement évalué en vérifiant DT au-dessus de cette température. Heureusement, pour le bois "propre" (pas d'écorce, de sable, de saleté ou d'autres débris), la cokéfaction n'est généralement pas un problème. La fusion du frêne et de la biomasse ligneuse est presque toujours associée à une certaine forme de matière première. Il n'en va pas de même pour les autres formes de biomasse (coquilles de noix, graminées agricoles, cultures énergétiques, etc.). Ces matériaux ont souvent une teneur élevée en cendres, ce qui augmente les risques de faible DT. Autrement dit, une teneur élevée en cendres à elle seule n'est pas un bon prédicteur des problèmes de fusion des cendres (cokéfaction) avec une forme particulière de biomasse. La nature de la composition minérale des cendres est le facteur contributif. Par exemple, si la teneur en calcium des cendres est élevée, la température de fusion des cendres est généralement élevée. Les problèmes de fusion des cendres sont plus probables si les niveaux de silice sont élevés, mais pas toujours. La chose intéressante à propos de la silice est que si elle était sous forme de silice, la température de fusion réelle serait très élevée (1710 degrés Celsius). Cependant, comme le carbone, la silice possède quatre électrons actifs qui peuvent se lier à d'autres minéraux, ce qui donne souvent des silicates complexes à bas point de fusion. Pour cette raison, lorsque nous voyons des problèmes de cokéfaction, 90 % sont liés à la silice. Il existe d'autres minéraux qui peuvent être problématiques lorsque les températures augmentent. Il existe de nombreux autres facteurs qui peuvent compliquer la cokéfaction. Les systèmes de combustion peuvent être riches ou pauvres en oxygène, faisant varier les conditions de point de fusion. La biomasse peut être contaminée par des matériaux non évidents, tels que des engrais et du sel, souvent en raison de l'utilisation d'un système de transport impur. Les contaminants varient généralement par intermittence, donc tester le prochain lot de carburant ne vous aidera pas nécessairement à comprendre ce qui cause les problèmes de cokéfaction associés au lot précédent. Dans l'ensemble, si vous comprenez les principes ci-dessus, vous devriez avoir une meilleure chance de déterminer comment traiter le problème de la cokéfaction des particules.
