煤灰熔融性測定部分問題淺析

劉峰 梁華

【摘 要】在實(shí)習(xí)過程中，煤灰熔融性項(xiàng)目學(xué)習(xí)時(shí)遇到一些較難解決的問題，經(jīng)過查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)資料，找到了其中大多數(shù)問題具有一定說服力的解決方案，在此，將它們作以整理，以供交流所用。

【關(guān)鍵詞】熔融性 還原性氣氛 封碳法

【中圖分類號(hào)】TQ533.5 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）03-0030-01

1.煤灰熔融性定義[1]

煤灰熔融性就是在規(guī)定條件下得到的隨加熱溫度而變的煤灰試樣變形、軟化、半球和流動(dòng)特征物理狀態(tài)。

煤灰是由硅、鋁、鐵、鈣和鎂等多種元素的氧化物及它們間的化合物構(gòu)成的復(fù)雜混合物，它沒有固定的熔點(diǎn)，當(dāng)其加熱到一定溫度時(shí)就開始局部熔化，然后隨著溫度升高，熔化部分增加，成為半球狀，到某一溫度時(shí)全部熔化。這種逐漸熔化作用，使煤灰試樣產(chǎn)生變形、軟化、半球形和流動(dòng)等特征物理狀態(tài)。人們就可以用這四個(gè)狀態(tài)相應(yīng)的溫度來表征煤灰的熔融性，或者說煤灰熔融性就是出現(xiàn)這四個(gè)物理狀態(tài)時(shí)的溫度。

2.試驗(yàn)氣氛對(duì)灰熔融性的影響

實(shí)驗(yàn)氣氛是影響煤灰熔融溫度的主要因素。這是因?yàn)槊夯抑泻械蔫F在不同的氣氛中將以不同的價(jià)態(tài)出現(xiàn)。在氧化性氣氛中被氧化成Fe2O3，即三價(jià)鐵；在弱還原性氣氛中，它將轉(zhuǎn)變成二價(jià)的FeO；在強(qiáng)還原性氣氛中則轉(zhuǎn)變成單質(zhì)的零價(jià)鐵。而這三者的熔點(diǎn)以FeO最低（1420℃），F(xiàn)e2O3的最高（1560℃），F(xiàn)e居中（1535℃），且FeO能與煤灰中的SiO2生成熔點(diǎn)更低的硅酸鹽及低熔混合物，所以，煤灰在弱還原性氣氛中熔融溫度最低。煤灰中含鐵量越高，氣氛的影響越大。當(dāng)灰中Fe2O3含量達(dá)到15%以上時(shí)，氧化性氣氛下的軟化溫度和流動(dòng)溫度可能將比弱還原性氣氛下的軟化溫度和流動(dòng)溫度高100—300℃。

3.煤灰熔融性測定的實(shí)驗(yàn)氣氛及其控制[4]

煤灰熔融性測定的實(shí)驗(yàn)氣氛有兩種，即弱還原性氣氛和氧化性氣氛。它們控制的方法有：

3.1弱還原性氣氛

3.1.1通氣法：

向測定爐內(nèi)通入50±10%體積的H2和50±10%體積的CO2的混合氣體，也可以通入60±5%的CO和40±5%的CO2的混合氣體。

3.1.2封碳法：

對(duì)于氣疏的高剛玉管爐膛，在爐內(nèi)剛玉舟中央放置石墨粉15—20g，兩端放置煙煤30--40g；氣密的高剛玉管爐膛，在剛玉中央放置石墨粉5—6g。除了石墨和無煙煤外，還可以根據(jù)具體條件封入木炭、焦炭或石油焦。它們的粒度、數(shù)量和放置部位視爐膛的大小、氣密程度和含碳物質(zhì)的具體性質(zhì)而適當(dāng)調(diào)整。

3.2氧化性氣氛

爐內(nèi)不放任和含碳物質(zhì)，并使空氣在爐內(nèi)自由流通。

4.灰熔融性測定中常用弱還原性氣氛的理由

因?yàn)樵诠I(yè)鍋爐的燃燒或氣化室中，一般都形成由CO、H2、CH4、CO2和O2為主要成分的弱還原性氣氛，所以，煤灰熔融性測定實(shí)驗(yàn)也在與之相似的弱還原氣氛中進(jìn)行。

5.灰錐的制備

限1—2g粒度小于0.1mm的煤灰，放在瓷板或玻璃板上，用幾滴10%的糊精水溶液濕潤成可塑狀。用小刀將灰泥填入灰錐模中，并均勻用力從錐根到錐尖壓實(shí)。將錐模放在瓷板上，用手的大拇指和食指分別捏住錐模的兩半，一面互相擠緊，一面將其前后錯(cuò)開，將灰錐粘在任一個(gè)半錐模上。將帶灰錐的半個(gè)錐模翻轉(zhuǎn)180度，使灰錐錐面貼在瓷板上，然后用小刀從錐根將灰錐輕輕推下，在空氣中干燥備用。

6.煤灰成分對(duì)其熔融性的影響

煤灰熔融性取決于它的化學(xué)組成。如下：

氧化鋁：煤灰熔融時(shí)它起骨架作用，它能明顯的提高灰熔融溫度。氧化鋁含量增加時(shí)，灰的熔融溫度也增高，當(dāng)其含量超過40%時(shí)，煤灰的軟化溫度將會(huì)超過1500℃。

二氧化硅：煤灰熔融時(shí)，二氧化硅起助熔作用，特別是煤灰中堿性組分含量較高時(shí)，助熔作用更明顯。但其含量的高低和灰熔融溫度的關(guān)系不太明確，一般來說，其含量高于40%的灰熔融溫度比低于40%的灰熔融溫度要高出100℃左右，而其含量在45%--60%范圍內(nèi)，熔融溫度隨其含量的增加而降低。

氧化鐵：在弱還原性氣氛中，鐵以二價(jià)鐵，即氧化亞鐵的形式存在，隨著二價(jià)鐵含量的增加，煤灰熔融溫度開始下降，當(dāng)其摩爾百分?jǐn)?shù)增加到40%左右時(shí)，下降到最低點(diǎn)，此后，隨著二價(jià)鐵含量的增加，熔融溫度又升高。在氧化性氣氛中，鐵以三價(jià)鐵，即三氧化二鐵的形式存在，它總是有提高熔融溫度的作用。

氧化鈣：在煤灰熔融中，其起到助熔作用，但當(dāng)其在煤灰中含量超出30%后，它又起升高熔融溫度的作用。

其它氧化鎂、氧化鈉和氧化鉀在煤灰熔融中都起助熔作用。

7.影響煤灰熔融性測定結(jié)果的因素

就一定化學(xué)組成的煤灰而言，影響其熔融性測定結(jié)果的主要因素是試驗(yàn)氣氛，其次是加熱速度、溫度測量、試樣尺寸、托板材料以及觀察著的主觀因素。

7.1加熱速度

煤灰熔融過程是一個(gè)灰試樣從局部融化到全部溶化的過程，而且爐溫傳到灰樣，以及灰樣達(dá)到溫度均勻都需要一定的時(shí)間，因此，煤灰熔融性測定時(shí)，升溫速度不能太快，否則，測定結(jié)果會(huì)偏高，但也不能太慢，否則試驗(yàn)周期會(huì)過長。一般控制在900℃前升溫速度15--20℃/min，在900℃以后控制在5—7℃/min。

7.2溫度測量準(zhǔn)確度

由于煤灰熔融性是用溫度來表示的，因此，溫度測量的準(zhǔn)確與否是灰熔點(diǎn)測定準(zhǔn)確度的決定因素之一。我國普遍采用熱電偶測溫。但要求各試驗(yàn)室定期交驗(yàn)高溫計(jì)，保證其準(zhǔn)確度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)[5]。

7.3試樣尺寸

由于傳熱的原因，一般尺寸小的試樣，溫度易達(dá)到平衡，所以，其測定值一般比大尺寸的低，為避免由此產(chǎn)生的測定誤差，各國標(biāo)準(zhǔn)方法都對(duì)試樣尺寸作了嚴(yán)格的規(guī)定。

7.4觀察著主觀因素[6]

煤灰熔融溫度大都是目視判斷，而煤灰的三個(gè)特征熔融溫度主要是根據(jù)試樣形態(tài)的變化來判斷，尺寸變化只是個(gè)參考因素。因此，人為觀測有一定的誤差，特別是變形溫度，難熔灰的變形溫度尤甚。另外，由于煤灰是一個(gè)混合物，不同的灰組成不同，因此，受熱時(shí)灰試樣的形態(tài)變化也各種各異，往往還產(chǎn)生一些特殊形態(tài)變化，如起泡、膨脹等，這給熔融溫度的判斷又增加了困難。標(biāo)準(zhǔn)中給出的圖例，只是一般情況下的圖例。

總論

在這個(gè)試驗(yàn)的學(xué)習(xí)過程中，有好多經(jīng)驗(yàn)性的東西很值得關(guān)注。經(jīng)過不斷的總結(jié)后，得到過一些很實(shí)用的東西。比如在調(diào)解煤灰濕度做錐的過程中，如果灰的黏度本身就大一些，就可以不用滴加糊精來調(diào)節(jié)濕度和黏度，直接用蒸餾水調(diào)解就可以了。再比如調(diào)硬度，滴加糊精不可過量，因?yàn)樵谧鲥F時(shí)，灰錐因太軟就很難從錐模上被取下，即使勉強(qiáng)取下來了，斷尖、變形和毛刺等現(xiàn)象也會(huì)影響錐的質(zhì)量。再加之，煤灰調(diào)的過濕，做出的灰錐就需要過長的時(shí)間去風(fēng)干，而且在不斷升溫的過程中，因水分的完全蒸發(fā)，灰錐會(huì)嚴(yán)重縮水，變得瘦小變形不利于觀測。煤灰也不能調(diào)的太干，太干則會(huì)導(dǎo)致在從錐模取下灰錐時(shí)容易斷尖。

在放置灰錐時(shí)，由于高溫情況下灰錐和熱電偶熱端都會(huì)變的通紅，如果兩者重疊放置，則不便于實(shí)驗(yàn)者觀測。應(yīng)盡量讓灰錐放在托板邊位上和熱電偶熱端錯(cuò)開，這樣更有利于觀測。再者，灰錐應(yīng)放置在與熱電偶熱端相距2mm處，不可放置過近。若放置過近，當(dāng)灰錐高溫變形后，則有可能因偏斜而粘連在熱電偶熱端上；灰錐和灰錐之間也不可放置太近，如果放置太近，就有可能引起灰錐之間的傾斜粘連或重疊阻擋觀測，這些都會(huì)給觀測帶來不便。所以，在開始試驗(yàn)前就應(yīng)將這些工作盡可能做好。

參考文獻(xiàn)

[1] 李英華，《煤質(zhì)分析應(yīng)用技術(shù)指南》[M]. 出版時(shí)間：1999-11-01，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社P314-320

[2] 潘麗華 趙智淵，煤的灰熔點(diǎn)及燃燒特性[J]. 華東電力1996 （8） p-4-7

[3] 鮑江 神府煤的灰熔點(diǎn)[J].陜西煤炭技術(shù)1992，（4） ： p.19-20

[4] 曹長武，《火電廠煤質(zhì)檢測技術(shù)》[M].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002-12，P303-311