Con respecto a la ciencia de la combustión de biomasa, nada es más complicado que los parámetros de fusión de cenizas (coquización). Cuando las características de coquización son buenas, la ceniza sigue siendo ceniza y el único desafío es que la ceniza no se elimine en exceso del sistema de combustión por acumulación. Por el contrario, cuando las propiedades de fusión de la ceniza no son favorables, sucede algo extraño: la ceniza se aglutina y es necesario romperla o incluso cincelarla para sacarla del cenicero. Más tarde, puede formar un ladrillo que parece una pieza de vidrio fundido o incluso un panal. Cuando se acumula en un quemador industrial, este estado de ceniza se llama coquización o escoria. Como sea que lo llames, como sea que se vea, es algo relativamente simple de hacer, porque es solo una función del punto de fusión.
Primero, primero determinemos que la ceniza "limpia" (libre de tierra, roca, carbono sin quemar, etc.) es principalmente una combinación de óxidos inorgánicos. Cuando se quema la biomasa, se libera materia orgánica (básicamente, todo carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno), mientras que los minerales inorgánicos permanecen en forma oxidada, lo que consideramos cenizas. A través de la detección, la ceniza de biomasa se compone principalmente de calcio, dióxido de silicio, aluminio, magnesio, potasio, manganeso, sodio, hierro, fósforo y otras formas de óxido mineral. Cada uno de estos minerales oxidados existe como un sólido y, como cualquier otro sólido, tiene un punto de fusión. El rango de puntos de fusión de los diversos óxidos minerales presentes puede variar ampliamente, y el punto de fusión total de las cenizas se produce a altas temperaturas en función de todos los componentes minerales y las interacciones químicas. Como resultado, la ceniza generalmente se derrite dentro de un cierto rango de temperatura, no una temperatura específica. El rango puede oscilar entre unos pocos grados y 50 o incluso 100 grados Celsius. Es por eso que cuando ve los resultados de la prueba de fusión de cenizas, se informa como un rango de temperatura (por ejemplo, temperatura de deformación = 1310 °C, temperatura del hemisferio = 1330 °C, temperatura de flujo = 1350 °C). En este caso, la ceniza se derrite a 40 grados Celsius.
La temperatura de deformación (DT) se considera un parámetro clave en las pruebas de fusión de cenizas, ya que es la temperatura a la que la ceniza comienza a derretirse y se vuelve "pegajosa". La ceniza pegajosa se acumulará en casi todas las superficies del sistema de combustión, lo que dará como resultado un efecto aislante, lo que resultará en un aumento de la temperatura de todo el sistema de combustión. Las temperaturas más altas conducen a una mayor fusión. Este proceso continúa hasta que la ceniza se vuelve fluida y esencialmente se convierte en escoria. Curiosamente, las propiedades de la escoria pueden decirte algo. Si la ceniza tiene grumos, aún se puede romper con la mano. Si encuentra vidrio real, la ceniza se ha derretido por completo. Una pieza de coquización por lo general cae en algún punto intermedio. La clave para evitar la fusión de cenizas (coquización) es mantener la temperatura del sistema de combustión por debajo del DT de las cenizas. Dado que la mayoría de los sistemas de combustión de biomasa funcionan a 1200 grados centígrados o menos, el combustible generalmente se evalúa verificando la DT por encima de esta temperatura. Afortunadamente, para la madera "limpia" (sin corteza, arena, suciedad u otros desechos), la coquización no suele ser un problema. La fusión de ceniza y biomasa leñosa casi siempre está asociada con algún tipo de materia prima. No se puede decir lo mismo de otras formas de biomasa (cáscaras de nueces, pastos agrícolas, cultivos energéticos, etc.). Estos materiales a menudo tienen un alto contenido de cenizas, lo que aumenta las posibilidades de un DT bajo. Es decir, un alto contenido de cenizas por sí solo no es un buen predictor de los problemas de fusión de cenizas (coquización) con una forma particular de biomasa. La naturaleza de la composición mineral de la ceniza es el factor contribuyente. Por ejemplo, si el contenido de calcio de la ceniza es alto, la temperatura de fusión de la ceniza suele ser alta. Los problemas de fusión de cenizas son más probables si los niveles de sílice son altos, pero no siempre. Lo interesante de la sílice es que si estuviera en forma de sílice, la temperatura real de fusión sería muy alta (1710 grados Celsius). Sin embargo, al igual que el carbono, la sílice tiene cuatro electrones activos que pueden unirse con otros minerales, lo que a menudo da como resultado silicatos complejos con puntos de fusión bajos. Por esta razón, cuando vemos problemas de coquización, el 90 por ciento está relacionado con la sílice. Hay otros minerales que pueden ser problemáticos cuando aumentan las temperaturas. Hay muchos otros factores que pueden complicar la coquización. Los sistemas de combustión pueden ser ricos en oxígeno o pobres en oxígeno, variando las condiciones del punto de fusión. La biomasa puede contaminarse con materiales no obvios, como fertilizantes y sal, a menudo debido al uso de un sistema de transporte sucio. Los contaminantes generalmente varían de manera intermitente, por lo que probar el siguiente lote de combustible no necesariamente lo ayudará a determinar qué está causando los problemas de coquización asociados con el lote anterior. En general, si comprende los principios anteriores, debería tener una mejor oportunidad de determinar cómo abordar el problema de la coquización de partículas.
