影響煤灰熔融性溫度的控制因素

武瑞芳

山西省煤炭工業(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局，山西太原 030045

0 引言

在高溫狀態(tài)下，煤灰所達(dá)到的熔融狀態(tài)溫度，即為煤灰的熔融性；通常有四個(gè)溫度值，如下表所示：

DT FT ST HT變形溫度 軟化溫度 半球溫度 流動(dòng)溫度

在進(jìn)行設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)，其灰融性溫度對(duì)以半球溫度（ST）為主，由于灰融性溫度的高低，不僅會(huì)直接影響著爐膛的結(jié)渣狀況，還會(huì)直接影響到用煤設(shè)備的燃燒方式以及其排渣方式，因此在進(jìn)行煤氣化爐設(shè)計(jì)以及電廠鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于這個(gè)熔融性溫度值的高低，一定要進(jìn)行認(rèn)真探究和深入研究?？偟目磥?lái)，煤灰的熔融特性及溫度跟很多因素有著密切關(guān)系，諸如灰的成分、灰在燃燒過(guò)程中其各組分之間相互作用及煤中礦物組成等等；由于不同排渣方式的燃燒需要不同的煤灰熔融性溫度，故對(duì)煤灰熔融性溫度值的大小就需要進(jìn)行相關(guān)的控制；基于此，以下就針對(duì)幾個(gè)影響煤灰熔融性溫度的控制因素，著重探討一下它們是如何影響煤灰熔融性溫度。

1 關(guān)于測(cè)試氣氛的性質(zhì)

煤灰熔融性溫度可在三種不同性質(zhì)的氣氛下進(jìn)行測(cè)定，在不同氣氛下，煤灰熔融性亦有不一樣的變化規(guī)律。

1）氣氛呈弱還原性時(shí)。這種氣氛下的FT、ST、DT 測(cè)定值均比氧化性氣氛下的測(cè)定值低，且因不同的煤化學(xué)成分，二者之間也具有不同的特征溫度差值，其差值約為10℃～130℃之間；若Fe2O3在煤灰中具有較大的含量，則會(huì)使灰融性溫度下降，這種情況在弱還原性氣氛下尤為典型；

2）氣氛呈強(qiáng)還原性時(shí)。在這種氣氛下，其熔融過(guò)程大量還原氧元素，使得所剩物多數(shù)為非金屬單質(zhì)或金屬單質(zhì)，這些金屬或非金屬氧化物的熔融溫度要比其單質(zhì)熔融溫度低得多，因此在這種氣氛下，這些通過(guò)還原而得到的金屬單質(zhì)引起了煤灰熔融性溫度的上升，通常在這種氣氛下，煤灰熔融性溫度要比氧化氣氛下的熔融性溫度平均高出52℃～200℃；故在測(cè)定煤灰熔融性溫度時(shí)，一般選擇若還原性氣氛來(lái)操作。

強(qiáng)弱這兩種還原氣氛與氧化性氣氛相比，在強(qiáng)還原性氣氛下煤灰熔融性溫度來(lái)來(lái)得高，而在弱還原性氣氛下卻要來(lái)得低，具體如下表所示：

煤灰熔融性溫度在強(qiáng)還原性氣氛下煤灰熔融性溫度在強(qiáng)還原性氣氛下比氧化性氣氛下高52℃～200℃ 比氧化性氣氛下低13℃～100℃

2 關(guān)于煤灰的不同成分

1）化學(xué)組成對(duì)煤灰特性的控制作用。通過(guò)化學(xué)分析可知，煤灰由一系列化合物所組成。依據(jù)不同的氧化物含量可以知道，硅鋁鐵鈣型應(yīng)為多數(shù)煤灰所屬的類型，其中諸如CaO、AL2O3、SiO2等組分呈酸性，且這種酸性組分含量越多，也就帶來(lái)熔融性溫度越高的煤灰；類似MgO、K2O、Na2O 等呈堿性組分的含量若越高，則煤灰熔融性溫度就越低。

通過(guò)相關(guān)研究可知，Al2O3與TiO2這兩種酸性氧化物對(duì)煤灰熔融溫度一直起著提高的作用，而SiO2的含量多少卻與熔融溫度高低沒多大關(guān)系；CaO 和Fe2O3這兩種堿性氧化物，因其具有較高的含量，故與其他組分相比，它們對(duì)熔融溫度起著共顯著的影響作用；CaO 和Fe2O3這兩種堿性氧化物對(duì)煤灰都起著助熔作用，但CaO 的助熔效果與其本身含量有關(guān)，而Fe2O3助熔效果取決于煤灰所處氣氛性質(zhì)。若美好中助熔CaO等助熔組分具有較高含量，且具有較高的硅鋁比，在Fe2O3含量不高時(shí)，則將帶來(lái)溫度很低的煤灰熔融性溫度；

2） 礦物組成對(duì)煤灰熔融性的控制作用。科技的快速發(fā)展，帶來(lái)了先進(jìn)測(cè)試儀器的出現(xiàn)，也使得煤灰熔融性的研究也在持續(xù)深入。其中x—射線衍射法、熱重分析法及差熱分析法等等，這些研究方法常用來(lái)研究煤灰組成對(duì)煤灰熔融性溫度是如何起著控制作用看；此外，在對(duì)煤灰礦物質(zhì)有關(guān)受熱過(guò)程中行為進(jìn)行研究時(shí)，一般采取Mossbauer 譜儀法并配合高清顯微鏡來(lái)進(jìn)行觀察；

3）相平衡性質(zhì)對(duì)煤灰熔融性溫度的控制作用。從理論上來(lái)看，有關(guān)煤灰的固化溫度、液化溫度及處于中間溫度時(shí)，其液相和固相的組成，均可通過(guò)相平衡關(guān)系得到；在氧化氣氛下，可利用相圖來(lái)對(duì)各種礦物或添加劑對(duì)煤灰熔融性質(zhì)的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)；在正常情況下，若煤灰中具有越低的SiO2/Al2O3比，及含量越高的Al2O3，則煤灰熔融溫度也將越高。把諸如白云石、方解石等堿性礦物加入煤灰中，則會(huì)促使煤灰熔融溫度降低下來(lái)，但若其中具有含量特別高的某一成分，則可能會(huì)出現(xiàn)比較特殊情況。

3 停留時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)煤灰熔融性溫度的控制作用

煤灰熔融特性受停留時(shí)間的影響極其明顯；例如，始終處于H2氣氛下的FT 就與神府灰樣停留5min 后的FT 要相差3000C；絕大多數(shù)灰樣在5min 停留時(shí)間下的FT 要比15min 下有所下降，但在個(gè)別情況下，F(xiàn)T 則出現(xiàn)上升；對(duì)于絕大多數(shù)灰樣來(lái)說(shuō)，一直處于H2氣氛下的FT 要比其在15min 停留時(shí)間下的FT 來(lái)得高，這表明在強(qiáng)還原氣氛下，灰渣具有一個(gè)漸進(jìn)變化的行為過(guò)程；若灰樣所含F(xiàn)e2O3的含量比較高，在比較短的停留時(shí)間內(nèi)所受影響也將極其明顯，若灰樣所含F(xiàn)e2O3的含量比較低，則所受影響就不顯著。

4 助溶劑對(duì)煤灰熔融性溫度的控制作用

在強(qiáng)還原氣氛下，CaO 對(duì)灰樣所起的助熔作用還是比較明顯，在30%～40%這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行添加，可讓熔融溫度下降到1325℃左右，降溫幅度接近200℃；若所添加量大于40%時(shí)，則熔融溫度又表現(xiàn)出上升的勢(shì)頭。在這種強(qiáng)還原氣氛下，氧化鐵所起的助熔作用幾乎為零，若讓添加量超過(guò)30%，則熔融溫度的上升幅度極大，F(xiàn)T＞15000C。

5 結(jié)論

綜上所述，影響煤灰熔融性溫度的控制因素比較多，諸如燃燒氣氛、煤灰的化學(xué)組成及礦物質(zhì)類別、停留時(shí)間及強(qiáng)還原性氣氛下的助溶劑等等，都會(huì)對(duì)煤灰熔融性溫度產(chǎn)生極大的影響；深入探討和研究煤灰熔融性溫度與這些控制因素之間的關(guān)系，不僅可以預(yù)測(cè)煤灰熔融性溫度，而且還可以對(duì)煤灰熔融性溫度進(jìn)行改變和控制，這對(duì)于提高煤灰使用效果、提高生產(chǎn)效率都具有積極的促進(jìn)作用。

[1]孫月琴.氧化和還原氣氛下煤灰熔融性特征溫度的研究[J].華東理工大學(xué)，2010，5.

[2]謝欣馨.煤灰成分與灰熔融性關(guān)系研究進(jìn)展[J].煤化工，2009，4.