影响煤灰熔融性温度的控制因素

武瑞芳

山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局，山西太原 030045

0 引言

在高温状态下，煤灰所达到的熔融状态温度，即为煤灰的熔融性；通常有四个温度值，如下表所示：

DT FT ST HT变形温度 软化温度 半球温度 流动温度

在进行设计锅炉时，其灰融性温度对以半球温度（ST）为主，由于灰融性温度的高低，不仅会直接影响着炉膛的结渣状况，还会直接影响到用煤设备的燃烧方式以及其排渣方式，因此在进行煤气化炉设计以及电厂锅炉设计时，对于这个熔融性温度值的高低，一定要进行认真探究和深入研究。总的看来，煤灰的熔融特性及温度跟很多因素有着密切关系，诸如灰的成分、灰在燃烧过程中其各组分之间相互作用及煤中矿物组成等等；由于不同排渣方式的燃烧需要不同的煤灰熔融性温度，故对煤灰熔融性温度值的大小就需要进行相关的控制；基于此，以下就针对几个影响煤灰熔融性温度的控制因素，着重探讨一下它们是如何影响煤灰熔融性温度。

1 关于测试气氛的性质

煤灰熔融性温度可在三种不同性质的气氛下进行测定，在不同气氛下，煤灰熔融性亦有不一样的变化规律。

1）气氛呈弱还原性时。这种气氛下的FT、ST、DT 测定值均比氧化性气氛下的测定值低，且因不同的煤化学成分，二者之间也具有不同的特征温度差值，其差值约为10℃～130℃之间；若Fe2O3在煤灰中具有较大的含量，则会使灰融性温度下降，这种情况在弱还原性气氛下尤为典型；

2）气氛呈强还原性时。在这种气氛下，其熔融过程大量还原氧元素，使得所剩物多数为非金属单质或金属单质，这些金属或非金属氧化物的熔融温度要比其单质熔融温度低得多，因此在这种气氛下，这些通过还原而得到的金属单质引起了煤灰熔融性温度的上升，通常在这种气氛下，煤灰熔融性温度要比氧化气氛下的熔融性温度平均高出52℃～200℃；故在测定煤灰熔融性温度时，一般选择若还原性气氛来操作。

强弱这两种还原气氛与氧化性气氛相比，在强还原性气氛下煤灰熔融性温度来来得高，而在弱还原性气氛下却要来得低，具体如下表所示：

煤灰熔融性温度在强还原性气氛下煤灰熔融性温度在强还原性气氛下比氧化性气氛下高52℃～200℃ 比氧化性气氛下低13℃～100℃

2 关于煤灰的不同成分

1）化学组成对煤灰特性的控制作用。通过化学分析可知，煤灰由一系列化合物所组成。依据不同的氧化物含量可以知道，硅铝铁钙型应为多数煤灰所属的类型，其中诸如CaO、AL2O3、SiO2等组分呈酸性，且这种酸性组分含量越多，也就带来熔融性温度越高的煤灰；类似MgO、K2O、Na2O 等呈碱性组分的含量若越高，则煤灰熔融性温度就越低。

通过相关研究可知，Al2O3与TiO2这两种酸性氧化物对煤灰熔融温度一直起着提高的作用，而SiO2的含量多少却与熔融温度高低没多大关系；CaO 和Fe2O3这两种碱性氧化物，因其具有较高的含量，故与其他组分相比，它们对熔融温度起着共显著的影响作用；CaO 和Fe2O3这两种碱性氧化物对煤灰都起着助熔作用，但CaO 的助熔效果与其本身含量有关，而Fe2O3助熔效果取决于煤灰所处气氛性质。若美好中助熔CaO等助熔组分具有较高含量，且具有较高的硅铝比，在Fe2O3含量不高时，则将带来温度很低的煤灰熔融性温度；

2） 矿物组成对煤灰熔融性的控制作用。科技的快速发展，带来了先进测试仪器的出现，也使得煤灰熔融性的研究也在持续深入。其中x—射线衍射法、热重分析法及差热分析法等等，这些研究方法常用来研究煤灰组成对煤灰熔融性温度是如何起着控制作用看；此外，在对煤灰矿物质有关受热过程中行为进行研究时，一般采取Mossbauer 谱仪法并配合高清显微镜来进行观察；

3）相平衡性质对煤灰熔融性温度的控制作用。从理论上来看，有关煤灰的固化温度、液化温度及处于中间温度时，其液相和固相的组成，均可通过相平衡关系得到；在氧化气氛下，可利用相图来对各种矿物或添加剂对煤灰熔融性质的影响进行预测；在正常情况下，若煤灰中具有越低的SiO2/Al2O3比，及含量越高的Al2O3，则煤灰熔融温度也将越高。把诸如白云石、方解石等碱性矿物加入煤灰中，则会促使煤灰熔融温度降低下来，但若其中具有含量特别高的某一成分，则可能会出现比较特殊情况。

3 停留时间长短对煤灰熔融性温度的控制作用

煤灰熔融特性受停留时间的影响极其明显；例如，始终处于H2气氛下的FT 就与神府灰样停留5min 后的FT 要相差3000C；绝大多数灰样在5min 停留时间下的FT 要比15min 下有所下降，但在个别情况下，FT 则出现上升；对于绝大多数灰样来说，一直处于H2气氛下的FT 要比其在15min 停留时间下的FT 来得高，这表明在强还原气氛下，灰渣具有一个渐进变化的行为过程；若灰样所含Fe2O3的含量比较高，在比较短的停留时间内所受影响也将极其明显，若灰样所含Fe2O3的含量比较低，则所受影响就不显著。

4 助溶剂对煤灰熔融性温度的控制作用

在强还原气氛下，CaO 对灰样所起的助熔作用还是比较明显，在30%～40%这个范围内进行添加，可让熔融温度下降到1325℃左右，降温幅度接近200℃；若所添加量大于40%时，则熔融温度又表现出上升的势头。在这种强还原气氛下，氧化铁所起的助熔作用几乎为零，若让添加量超过30%，则熔融温度的上升幅度极大，FT＞15000C。

5 结论

综上所述，影响煤灰熔融性温度的控制因素比较多，诸如燃烧气氛、煤灰的化学组成及矿物质类别、停留时间及强还原性气氛下的助溶剂等等，都会对煤灰熔融性温度产生极大的影响；深入探讨和研究煤灰熔融性温度与这些控制因素之间的关系，不仅可以预测煤灰熔融性温度，而且还可以对煤灰熔融性温度进行改变和控制，这对于提高煤灰使用效果、提高生产效率都具有积极的促进作用。

[1]孙月琴.氧化和还原气氛下煤灰熔融性特征温度的研究[J].华东理工大学，2010，5.

[2]谢欣馨.煤灰成分与灰熔融性关系研究进展[J].煤化工，2009，4.