测定煤灰熔融性的意义及影响因素

时间：二O二一年七月二十九日

时间：二O二一年七月二十九日 之邯郸勺丸创作

时间：二O二一年七月二十九日

影响煤灰熔融性温度的控制因素引 言

煤灰熔融性是煤灰在低温下达到熔融状态的温度,主要包含4个温度值：变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)和流动温度(FT),在锅炉设计中,大多采取ST作为灰熔融性温度.无论电厂锅炉,还是煤气化炉的设计任务,都必须认真研究灰熔融性温度,其值大小与炉膛结渣有密切关系,并且对用煤设备的燃烧方法及排渣方法的选取影响重大.对于干式排渣炉,通常需要燃用较高灰熔融性温度的煤以避免炉内结渣,如固态排渣的电站锅炉需要燃用高灰熔融性温度的煤；而液态排渣炉,要求燃用灰熔融性温度较低的煤,以包管灰渣能以熔融状排出,如在液排渣旋风燃烧技术的基础上,成长了一种适用于产业窑炉的煤粉低尘燃烧技术,应用前景广阔,然而受燃烧器材质和环保排放限制,目前还只能燃用低灰熔融性温度、低硫的烟煤.

煤灰的熔融特性不但与灰的成分有关,还与燃烧过程中灰中各成分之间的相互作用有关.灰熔融性温度主要取决于煤中的矿物组成、其氧化物的成分和配等到燃烧气氛等.为了实现控制煤灰熔融性温度的目的,以适应不合排渣方法的燃烧、气化技术或扩大煤种的适用规模,对其进行深入研究显得尤为需要.

1 测试气氛性质的影响

煤灰熔融性温度测定主要有3种气氛：弱还原性气氛、强还时间：二O二一年七月二十九日

时间：二O二一年七月二十九日 原性气氛和氧化性气氛.不合气氛下的煤灰熔融性变更规律不合.

在弱还原性气氛下,测定DT、ST、FT均小于氧化性气氛下的测定值,且随煤灰化学成分不合,二种气氛之间的特征温度差值也不合,大约在10℃～130℃.这是由于煤灰中的铁有3种价态,它们是Fe2O3(熔点为1560℃)、FeO(熔点为1420℃)和Fe(熔点为1535℃).在氧化性气氛中以Fe2O3形式存在,在弱还原气氛中,以FeO的形态存在,与其他价态的铁相比,FeO具有最强的助熔效果.FeO能与SiO2、A12O3、3Al2O3•2SiO2(莫来石,熔点1 850℃)、CaO•A12O3•2SiO2(钙长石,熔点1553℃)等结合形成铁橄榄石(2FeO•SiO2,熔点1205℃)、铁尖晶石(FeO•A12O3,熔点1780℃)、铁铝榴石(3FeO•A12O3•3SiO2,熔点1240℃～1300℃)和斜铁辉石(FeO•SiO2),这些矿物质之间会产生低熔点的共熔物,因而使煤灰熔融性温度降低.当煤灰中Fe2O3含量较高时,会降低灰熔融性温度,且在弱还原性气氛下更加显著.弱还原气氛下的反响为：

浅析影响煤灰熔融性测定准确度的几个关键因素

结合工作经验，分析和探讨了影响煤灰熔融性测定结果准确度的几个关键因素，并提出提高检测结果准确性的应注意事项。

标签：煤灰熔融性 测定准确度

煤灰的熔融性是表征煤中矿物质在锅炉燃烧时不同物理状态，是动力用煤和气化用煤的重要指标。它可为设计锅炉炉膛出口烟温和锅炉安全运行提供依据；电力用煤中，煤灰熔融性的好坏直接关系到锅炉是否结渣。因为容易结渣的煤灰将给锅炉燃烧带来困难，影响正常运行。因此，可利用煤灰的熔融温度对燃煤在锅炉中的结渣情况进行预判；在锅炉的实际运行过程中发现，不同燃烧方式和排渣方式的锅炉对煤灰的熔融性要求也不同，可利用煤灰熔融温度为不同锅炉选择燃煤。如电力用煤，要选择灰熔融温度高于1350℃的煤，且越高越好。

一定化学组成的煤灰，其熔融性测定结果受多方面因素影响。在此，有必要针对几个关键影响因素进行分析，以获得准确可靠的实验数据。

1 实验气氛性质的影响

实验气氛性质对煤灰熔融性温度的影响最为明显，尤其是铁含量大的煤灰。

由于煤灰中铁在氧化性、弱还原性和还原性的三种不同性质气氛中有着三种不同的形态。其中，以在弱还原性气氛下的FeO熔点最低，且因其能够形成低共熔物而使煤灰在该气氛中的熔融温度最低。实验发现，当灰中Fe2O3含量达到15%以上时，氧化性气氛下的软化温度和流动温度比弱还原性气氛下的温度高100~300℃。工业锅炉的燃烧或气化室一般都是弱还原性气氛。因此，煤灰熔融性测定，一般也在与其相似的弱还原性气氛中进行。

由此可见，只有定期检查炉内气氛的性质，才能保证测定结果的可靠性。通常，检查炉内气氛性质的方法有参比灰锥法和气体分析法。参比灰锥法因简单易行，效果较好，被广泛采用。

此法中首先要选择合适的参比灰，并用选择好的参比灰制成灰锥，进行熔融性测试。若实测值与参比值的差值在50℃以内，则可以认为炉内气氛是弱还原性的，该气氛条件下可做任何灰样（＜1500℃）的熔融性测定。实际工作中发现，选择参比灰样时，其熔融温度不能过低或者过高。

煤灰熔融性的测定方法

一、试验条件

1．试样形状和大小

试样为三角锥体，高20mm，底为边长7mm的正三角形，灰锥的垂直于底面的侧面与托板表面相垂直。

2．试验气氛

(1) 弱还原性气氛，可采用下述两种方法之一进行控制：

①炉内封入石墨或用无烟煤上盖一层石墨。

②炉内通入50±10%的氢气和50±10%的二氧化碳混合气体。

(2) 氧化性气氛，炉内不放任何含碳物质，并让空气自由流通。

二、仪器设备、材料和试剂

1．仪器设备

(1)灰熔点测定仪

(2)硅碳管高温炉

炉膛直径为50～70mm、长600mm的卧式炉或满足下列条件的其他高温炉：

①有足够长的恒温带，其各部温差≤5℃。

②能按照规定的升温速度加热到1500℃。

③能控制炉内气氛为弱还原性和氧化性。

④能随时观察试样在受热过程中的变化情况。

(3) 调压变压器：容量5～10kV·A，调压范围0～250V，连续调压。

(4) 铂铑-铂热电偶及高温计：精确度1级，测量范围0～1600℃，校正后使用，并在使用时将热电偶加气密的刚玉套管保护。

(5) 灰锥模子：由对称的两个半块组成，用黄铜或不锈钢制作。

(6) 灰锥托板模子：由模座、垫片和顶板三部分组成，用硬木或竹制作。

(7) 马弗炉：可加热到800～850℃，并带有温度控制装置。

(8) 简易气体分析器：可测定一氧化碳、二氧化碳和氧气。

(9) 墨镜：蓝色或黑色。

(10) 手电筒。

2．材料和试剂

(1) 刚玉舟

(2) 石墨：工业用，灰分≤15%，粒度≤0.5mm。

(3) 无烟煤：粒度≤0.5mm。

(4) 镁砂：氧化镁(MgO)含量≥85%，粒度≤0.2mm。

(5) 糊精：三级纯，配成10%水溶液，煮沸。

三、煤灰熔融性的测定

1．方法提要

将煤灰制成一定尺寸的三角锥体，在一定的气体介质中，以一定的升温速度加热，观察灰锥在受热过程中的形态变化，测定它的四个熔融特征温度——变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)和流动温度(FT)。

煤灰熔融性的研究

煤灰熔融性是评价工业用煤的重要指标之一,主要用于锅炉和气化炉的设计、选型,并指导实际操作。一般认为,煤灰的变形温度与气化炉及锅炉轻微结渣和其受热面轻微积灰的温度相对应；软化温度与气化炉及锅炉内大量结渣和大量积灰的温度相对应；而流动温度则与炉中灰渣呈液态流动或从受热面滴下和在炉栅上严重结渣的温度相对应。在4个特征温度中,软化温度应用较广,一般都是根据转化温度来选择合适的燃烧或气化设备,或根据燃烧和气化设备类型来选择合适原料煤。 综述

1研究的意义

煤灰熔融性是煤灰在高温下达到熔融状态的温度, 习惯上称作灰熔点。由于煤灰是1个多组分的混合物, 没有1个固定的熔点, 而只有一个熔融的温度范围。因此,它不是用1个温度点所能表示,而一般用4个温度( 变形温度DT 、软化温度ST、半球温度HT 、流动温度FT)才能比较确切地表示。煤灰软化温度是衡量动力用煤的一个重要煤质特性指标, 对煤灰软化温度已有较多的研究, 譬如,有些文献探讨了煤灰成份和煤灰软化温度关系, 并提出了一些提高或降低煤灰软化温度的方法。气流床煤气化技术要求液态排渣。为了保证气化炉内渣的流动性及顺利排渣,一般要求气化炉操作温度高于煤灰的流动温度。影响煤灰的熔融温度的因素很多，研究表明，它不仅与煤灰的化学组成、煤灰的矿物形态有关，还与相平衡性质、气氛条件等因素有关。

煤灰是一种极为复杂的无机混合物，其熔融温度与煤灰化学组成有一定的关系。长期以来，国内外学者作了大量研究工作，提出了几种根据煤灰化学组成预测煤灰熔融温度的方法。一般认为,煤中碱金属矿物质特别是含Ca和Fe等矿物质对煤灰的熔融特性影响较大,其中CaO、Fe2O3和Al2O3对煤灰熔点影响的研究较多。

姚星一等主要考虑灰组成的影响，直接回归灰熔融性温度的流动温度(FT)与灰分。SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O 含量的关系，结合灰组成根据其提供的双温度坐标图解，定量算出 ST 和 FT。