In Bezug auf die Wissenschaft der Biomasseverbrennung gibt es nichts Komplizierteres als die Parameter der Aschefusion (Verkokung). Wenn die Verkokungseigenschaften gut sind, ist die Asche immer noch Asche, und die einzige Herausforderung besteht darin, dass die Asche nicht durch Ansammlung übermäßig aus dem Verbrennungssystem entfernt wird. Im Gegenteil, wenn die Ascheverschmelzungseigenschaften nicht günstig sind, passiert etwas Seltsames: Die Asche verklumpt und muss zerbrochen oder sogar aus dem Aschenbecher herausgemeißelt werden. Später kann daraus ein Ziegelstein entstehen, der wie ein Stück geschmolzenes Glas oder sogar wie eine Bienenwabe aussieht. Wenn es sich in einem Industriebrenner ansammelt, wird dieser Aschezustand als Verkokung oder Verschlackung bezeichnet. Wie auch immer Sie es nennen, wie auch immer es aussieht, es ist eine relativ einfache Sache, weil es nur eine Funktion des Schmelzpunktes ist.
Stellen wir zunächst fest, dass „saubere“ Asche (frei von Schmutz, Gestein, unverbranntem Kohlenstoff usw.) in erster Linie eine Kombination aus anorganischen Oxiden ist. Bei der Verbrennung von Biomasse wird organisches Material (im Grunde alles Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff) freigesetzt, während anorganische Mineralien in der oxidierten Form verbleiben, die wir als Asche bezeichnen. Laut Nachweis besteht Biomasseasche hauptsächlich aus Kalzium, Siliziumdioxid, Aluminium, Magnesium, Kalium, Mangan, Natrium, Eisen, Phosphor und anderen mineralischen Oxidformen. Jedes dieser oxidierten Mineralien liegt als Feststoff vor und hat wie jeder andere Feststoff einen Schmelzpunkt. Der Bereich der Schmelzpunkte der verschiedenen vorhandenen Mineraloxide kann stark variieren, wobei der Gesamtschmelzpunkt der Asche bei hohen Temperaturen als Funktion aller Mineralbestandteile und chemischen Wechselwirkungen auftritt. Infolgedessen schmilzt Asche normalerweise innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs und nicht innerhalb einer bestimmten Temperatur. Der Bereich kann zwischen einigen Grad und 50 oder sogar 100 Grad Celsius liegen. Aus diesem Grund werden die Ergebnisse des Ascheschmelztests als Temperaturbereich angegeben (z. B. Verformungstemperatur = 1310 °C, Halbkugeltemperatur = 1330 °C, Fließtemperatur = 1350 °C). In diesem Fall schmilzt die Asche bei 40 Grad Celsius.
Die Verformungstemperatur (DT) gilt als Schlüsselparameter bei Ascheschmelztests, da es sich dabei um die Temperatur handelt, bei der die Asche zum ersten Mal zu schmelzen und „klebrig“ wird. Auf fast allen Oberflächen des Verbrennungssystems sammelt sich klebrige Asche an, die eine isolierende Wirkung hat und zu einem Temperaturanstieg im gesamten Verbrennungssystem führt. Höhere Temperaturen führen zu stärkerem Schmelzen. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis die Asche flüssig wird und im Wesentlichen verschlackt. Interessanterweise können die Eigenschaften von Schlacke Aufschluss darüber geben. Wenn die Asche klumpig ist, kann sie immer noch von Hand gebrochen werden. Wenn Sie echtes Glas finden, ist die Asche vollständig geschmolzen. Ein Stück Verkokung liegt normalerweise irgendwo dazwischen. Der Schlüssel zur Verhinderung der Ascheverschmelzung (Verkokung) besteht darin, die Temperatur des Verbrennungssystems unter dem DT der Asche zu halten. Da die meisten Biomasseverbrennungssysteme bei 1200 Grad Celsius oder darunter arbeiten, wird der Brennstoff normalerweise durch die Überprüfung der DT oberhalb dieser Temperatur bewertet. Glücklicherweise ist Verkokung bei „sauberem“ Holz (keine Rinde, Sand, Schmutz oder andere Rückstände) normalerweise kein Problem. Die Verschmelzung von Asche und holziger Biomasse ist fast immer mit irgendeiner Form von Rohstoff verbunden. Das Gleiche gilt nicht für andere Formen von Biomasse (Nussschalen, landwirtschaftliche Gräser, Energiepflanzen usw.). Diese Materialien weisen häufig einen hohen Aschegehalt auf, was die Wahrscheinlichkeit einer niedrigen DT erhöht. Das heißt, ein hoher Aschegehalt allein ist kein guter Indikator für Aschefusionsprobleme (Verkokung) bei einer bestimmten Form von Biomasse. Die Art der mineralischen Zusammensetzung der Asche ist der ausschlaggebende Faktor. Wenn beispielsweise der Kalziumgehalt der Asche hoch ist, ist die Schmelztemperatur der Asche normalerweise hoch. Probleme mit dem Ascheschmelzen sind wahrscheinlicher, wenn der Kieselsäuregehalt hoch ist, aber nicht immer. Das Interessante an Kieselsäure ist, dass die tatsächliche Schmelztemperatur sehr hoch wäre (1710 Grad Celsius), wenn sie in Form von Kieselsäure vorliegen würde. Allerdings verfügt Kieselsäure wie Kohlenstoff über vier aktive Elektronen, die sich mit anderen Mineralien verbinden können, was häufig zu komplexen Silikaten mit niedrigen Schmelzpunkten führt. Aus diesem Grund sind 90 Prozent aller Verkokungsprobleme auf Kieselsäure zurückzuführen. Es gibt noch andere Mineralien, die bei steigenden Temperaturen problematisch sein können. Es gibt viele andere Faktoren, die die Verkokung erschweren können. Verbrennungssysteme können sauerstoffreich oder sauerstoffarm sein und variieren die Schmelzpunktbedingungen. Biomasse kann mit nicht offensichtlichen Materialien wie Düngemitteln und Salz kontaminiert sein, häufig aufgrund der Verwendung eines unsauberen Transportsystems. Verunreinigungen schwanken in der Regel zeitweise, daher hilft Ihnen die Prüfung der nächsten Kraftstoffcharge nicht unbedingt dabei, herauszufinden, was die Verkokungsprobleme verursacht, die mit der vorherigen Charge verbunden sind. Alles in allem sollten Sie, wenn Sie die oben genannten Prinzipien verstehen, bessere Chancen haben, herauszufinden, wie Sie mit dem Problem der Partikelverkokung umgehen können.
