فيما يتعلق بعلم احتراق الكتلة الحيوية ، لا شيء أكثر تعقيدًا من معلمات انصهار الرماد (التكويك). عندما تكون خصائص التكويك جيدة ، يظل الرماد رمادًا ، والتحدي الوحيد هو عدم إزالة الرماد بشكل مفرط من نظام الاحتراق عن طريق التراكم. على العكس من ذلك ، عندما تكون خصائص انصهار الرماد غير مواتية ، يحدث شيء غريب - يتجمع الرماد معًا ويحتاج إلى كسره أو حتى نقشه من صينية الرماد. في وقت لاحق ، يمكن أن تشكل لبنة تشبه قطعة من الزجاج المنصهر أو حتى قرص العسل. عندما يتراكم في موقد صناعي ، فإن حالة الرماد هذه تسمى فحم الكوك أو الخبث. أيًا كان ما تسميه ، أيًا كان شكله ، من السهل نسبيًا القيام به ، لأنه مجرد وظيفة لنقطة الانصهار.
أولاً ، دعنا أولاً نحدد أن الرماد "النظيف" (الخالي من الأوساخ والصخور والكربون غير المحترق وما إلى ذلك) هو في الأساس مزيج من الأكاسيد غير العضوية. عندما يتم حرق الكتلة الحيوية ، يتم إطلاق المواد العضوية (أساسًا كل الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين) ، بينما تظل المعادن غير العضوية في شكل مؤكسد ، وهو ما نعتبره رمادًا. من خلال الكشف ، يتكون رماد الكتلة الحيوية بشكل أساسي من الكالسيوم وثاني أكسيد السيليكون والألمنيوم والمغنيسيوم والبوتاسيوم والمنغنيز والصوديوم والحديد والفوسفور وأشكال أكسيد المعادن الأخرى. يوجد كل من هذه المعادن المؤكسدة كمادة صلبة ، ومثل أي مادة صلبة أخرى ، لها نقطة انصهار. يمكن أن يختلف نطاق نقاط الانصهار لأكاسيد المعادن المختلفة الموجودة على نطاق واسع ، حيث تحدث درجة الانصهار الكلية للرماد في درجات حرارة عالية كدالة لجميع المكونات المعدنية والتفاعلات الكيميائية. نتيجة لذلك ، يذوب الرماد عادة في نطاق درجة حرارة معينة ، وليس درجة حرارة معينة. يمكن أن يتراوح النطاق من بضع درجات إلى 50 أو حتى 100 درجة مئوية. هذا هو السبب عندما ترى نتائج اختبار ذوبان الرماد ، يتم الإبلاغ عنها على أنها نطاق درجة حرارة (على سبيل المثال ، درجة حرارة التشوه = 1310 درجة مئوية ، درجة حرارة نصف الكرة = 1330 درجة مئوية ، درجة حرارة التدفق = 1350 درجة مئوية). في هذه الحالة ، يذوب الرماد عند 40 درجة مئوية.
تعتبر درجة حرارة التشوه (DT) معلمة رئيسية في اختبارات ذوبان الرماد ، حيث إنها درجة الحرارة التي يبدأ عندها الرماد في الذوبان ويصبح "لزجًا". سوف يتراكم الرماد اللزج على جميع الأسطح تقريبًا في نظام الاحتراق ، مما يؤدي إلى تأثير العزل ، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة نظام الاحتراق بأكمله. تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى مزيد من الذوبان. تستمر هذه العملية حتى يصبح الرماد سائلاً ويصبح خبثًا بشكل أساسي. ومن المثير للاهتمام أن خصائص الخبث يمكن أن تخبرك بشيء ما. إذا كان الرماد متكتلًا ، فلا يزال من الممكن كسره يدويًا. إذا وجدت زجاجًا حقيقيًا ، فهذا يعني أن الرماد قد ذاب تمامًا. عادة ما تقع قطعة من فحم الكوك في مكان ما بينهما ، والمفتاح لمنع اندماج الرماد (فحم الكوك) هو الحفاظ على درجة حرارة نظام الاحتراق أقل من DT للرماد. نظرًا لأن معظم أنظمة احتراق الكتلة الحيوية تعمل عند 1200 درجة مئوية أو أقل ، يتم تقييم الوقود عادةً عن طريق التحقق من DT فوق درجة الحرارة هذه. لحسن الحظ ، بالنسبة للخشب "النظيف" (بدون لحاء أو رمال أو أتربة أو حطام آخر) ، فحم الكوك عادة لا يمثل مشكلة. دائمًا ما يرتبط اندماج الرماد والكتلة الحيوية الخشبية ببعض أشكال المواد الخام. لا يمكن قول الشيء نفسه عن أشكال أخرى من الكتلة الحيوية (قشور الجوز ، والأعشاب الزراعية ، ومحاصيل الطاقة ، وما إلى ذلك). غالبًا ما تحتوي هذه المواد على نسبة عالية من الرماد ، مما يزيد من فرص انخفاض DT ، أي أن المحتوى المرتفع من الرماد وحده ليس مؤشرًا جيدًا على مشاكل انصهار الرماد (التكويك) مع شكل معين من الكتلة الحيوية. إن طبيعة التركيب المعدني للرماد هي العامل المساهم. على سبيل المثال ، إذا كان محتوى الكالسيوم في الرماد مرتفعًا ، فعادة ما تكون درجة حرارة انصهار الرماد عالية. تزداد احتمالية مشاكل ذوبان الرماد إذا كانت مستويات السيليكا مرتفعة ، ولكن ليس دائمًا. الشيء المثير للاهتمام في السيليكا هو أنه إذا كان على شكل سيليكا ، فإن درجة حرارة الانصهار الفعلية ستكون عالية جدًا (1710 درجة مئوية). ومع ذلك ، مثل الكربون ، تحتوي السيليكا على أربعة إلكترونات نشطة يمكنها الارتباط بمعادن أخرى ، مما ينتج عنه غالبًا سيليكات معقدة ذات نقاط انصهار منخفضة. لهذا السبب ، عندما نرى مشاكل فحم الكوك ، فإن 90٪ منها مرتبطة بالسيليكا. هناك معادن أخرى يمكن أن تكون مشكلة عند ارتفاع درجات الحرارة ، وهناك العديد من العوامل الأخرى التي يمكن أن تعقد فحم الكوك. يمكن أن تكون أنظمة الاحتراق غنية بالأكسجين أو فقيرة بالأكسجين ، مما يؤدي إلى تغيير ظروف نقطة الانصهار. يمكن أن تتلوث الكتلة الحيوية بمواد غير واضحة ، مثل الأسمدة والملح ، غالبًا بسبب استخدام نظام نقل غير نظيف. عادة ما تختلف الملوثات بشكل متقطع ، لذا فإن اختبار الدفعة التالية من الوقود لن يساعدك بالضرورة في معرفة سبب مشاكل فحم الكوك المرتبطة بالدفعة السابقة. بشكل عام ، إذا فهمت المبادئ المذكورة أعلاه ، يجب أن يكون لديك فرصة أفضل لتحديد كيفية التعامل مع مشكلة تكويك الجسيمات.
