Per quanto riguarda la scienza della combustione della biomassa, niente è più complicato dei parametri di fusione della cenere (coking). Quando le caratteristiche di cottura sono buone, la cenere è ancora cenere, e l'unica sfida è che la cenere non viene rimossa in modo eccessivo dal sistema di combustione per accumulo. Al contrario, quando le proprietà di fusione della cenere non sono favorevoli, accade qualcosa di strano - la cenere si aggrega e deve essere spezzata o addirittura scolpita dal portacenere. Successivamente, può formare un mattone che sembra un pezzo di vetro fuso o anche un nido d'ape. Quando si accumula in un bruciatore industriale, questo stato di cenere si chiama coking o slagging. Comunque lo chiami, qualunque cosa assomigli, è una cosa relativamente semplice da fare, perché è solo una funzione del punto di fusione.
Innanzitutto, determiniamo prima che cenere "pulita" (priva di sporcizia, roccia, carbonio incombusto, ecc.) è principalmente una combinazione di ossidi inorganici. Quando la biomassa viene bruciata, la materia organica (praticamente tutto carbonio, idrogeno, azoto e ossigeno) viene rilasciata, mentre i minerali inorganici rimangono nella forma ossidata, che consideriamo cenere. Attraverso il rilevamento, la cenere della biomassa è principalmente composta da calcio, biossido di silicio, alluminio, magnesio, potassio, manganese, sodio, ferro, fosforo e altre forme di ossido minerale. Ognuno di questi minerali ossidati esiste come solido e, come qualsiasi altro solido, ha un punto di fusione. La gamma di punti di fusione dei vari ossidi minerali presenti può variare ampiamente, con il punto di fusione totale della cenere che si verifica a temperature elevate come funzione di tutti i componenti minerali e delle interazioni chimiche. Di conseguenza, la cenere di solito si scioglie entro un determinato intervallo di temperatura, non una temperatura specifica. L'intervallo può variare da pochi gradi a 50 o anche 100 gradi Celsius. Questo è il motivo per cui quando si visualizzano i risultati del test di fusione della cenere, viene riportato come un intervallo di temperatura (ad esempio, temperatura di deformazione = 1310 °C, temperatura dell'emisfero = 1330 °C, temperatura di flusso = 1350 °C). In questo caso, la cenere si scioglie a 40 gradi Celsius.
La temperatura di deformazione (DT) è considerata un parametro chiave nei test di fusione delle ceneri, in quanto è la temperatura alla quale le ceneri iniziano a sciogliersi e diventano "appiccicose". La cenere appiccicosa si accumula su quasi tutte le superfici del sistema di combustione, provocando un effetto isolante, con conseguente aumento della temperatura dell'intero sistema di combustione. Temperature più elevate portano a una maggiore fusione. Questo processo continua fino a quando la cenere diventa fluida ed essenzialmente scorie. È interessante notare che le proprietà delle scorie possono dirti qualcosa. Se la cenere è grumosa, può ancora essere rotta a mano. Se trovi vero vetro, la cenere si è completamente sciolta. Un pezzo di coke di solito cade da qualche parte nel mezzo. La chiave per prevenire la fusione della cenere (coking) è mantenere la temperatura del sistema di combustione al di sotto del DT della cenere. Poiché la maggior parte dei sistemi di combustione della biomassa funziona a 1200 gradi Celsius o meno, il carburante viene solitamente valutato verificando DT al di sopra di questa temperatura. Fortunatamente, per il legno "pulito" (niente corteccia, sabbia, sporco o altri detriti), la cottura in genere non è un problema. La fusione di cenere e biomassa legnosa è quasi sempre associata a qualche forma di materia prima. Lo stesso non si può dire per altre forme di biomassa (gusci di noci, graminacee agricole, colture energetiche, ecc.). Questi materiali hanno spesso un alto contenuto di ceneri, aumentando le possibilità di un basso DT. Cioè, un alto contenuto di ceneri da solo non è un buon predittore di problemi di fusione delle ceneri (coking) con una particolare forma di biomassa. La natura della composizione minerale della cenere è il fattore che contribuisce. Ad esempio, se il contenuto di calcio della cenere è elevato, la temperatura di fusione della cenere è generalmente elevata. I problemi di fusione della cenere sono più probabili se i livelli di silice sono alti, ma non sempre. La cosa interessante della silice è che se fosse sotto forma di silice, la temperatura di fusione effettiva sarebbe molto alta (1710 gradi Celsius). Tuttavia, come il carbonio, la silice ha quattro elettroni attivi che possono legarsi con altri minerali, spesso risultando in silicati complessi con bassi punti di fusione. Per questo motivo, quando vediamo problemi di coking, il 90% è legato alla silice. Ci sono altri minerali che possono essere problematici quando le temperature aumentano. Ci sono molti altri fattori che possono complicare la cottura. I sistemi di combustione possono essere ricchi o poveri di ossigeno, variando le condizioni del punto di fusione. La biomassa può essere contaminata da materiali non evidenti, come fertilizzanti e sale, spesso a causa dell'utilizzo di un sistema di trasporto poco pulito. I contaminanti di solito variano in modo intermittente, quindi testare il prossimo lotto di carburante non ti aiuterà necessariamente a capire cosa sta causando i problemi di coking associati al lotto precedente. Tutto sommato, se comprendi i principi di cui sopra, dovresti avere maggiori possibilità di determinare come affrontare il problema della coking delle particelle.
