煤灰熔融特性的研究方法

周义义 朱永超 韩静

摘 要：国内外针对对煤灰熔融特性进行了全面系统的研究，其对煤炭气化和燃烧有着重要的意义。本文从煤灰的物理特性、煤灰成分、煤中矿物组成三个方面综述了煤灰熔融特性的研究方法及相关进展。

关键词：熔融特性；助熔剂；灰熔点；化学成分；矿物组成

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.063

0 引言

目前，煤炭的燃烧和气化需要关注煤灰的结渣特性，而常规的评价煤灰结渣特性的方法主要是煤灰熔融性。对于灰熔融特性的研究从单一煤的熔融特性发展到混合煤的熔融特性，从煤灰的物理特性角度研究灰的熔融特性，发展到从煤灰的化学组成以及矿物组成角度来研究煤灰的熔融特性。随着在煤灰熔融特性方面研究的深入，许多先进的研究方法也在不断的开发和改进。本文从煤灰的物理性质、煤灰化学成分、煤中矿物组成三个方面综述了煤灰熔融特性的研究方法。

1 煤灰物理特性对熔融性的影响

煤灰是煤中矿物质经过高温转化而来，形成了粒度大小不一、形状不规则颗粒。在煤灰的形成条件复杂而不可控，造成了煤灰颗粒表面凹凸不平，分布不均匀，孔隙分布不均等特点。煤灰的形成过程涉及固气、固固界面物理化学，因此颗粒的外观形貌以及表面元素分布直接影响了接触界面的高温反应。

2 煤灰化学组成对熔融性的影响

煤灰是一种组成复杂的无机混合物，为了研究方便其化学组成多以氧化物形式表达，很多研究都表明煤灰的氧化物组成，如Al2O3、SiO2以及CaO等对其熔融特性有着非常直接的影响。国内外的专家学者就煤灰化学组成对煤灰熔融特性的影响做了大量的研究，为了能够对现场生产具有指导意义，这方面研究主要集中在拟合化学组成与熔融温度之间的关系上。

Vincent[1]认为对煤灰熔融性影响较为显著的是煤灰的主要氧化物，因此其采用多元回归和逐步回归法对新西兰煤灰的主要化学成分与熔融温度之间的关系进行拟合，得出了不同氧化物对煤灰熔融温度的影响；高福烨[2]研究了钙系助熔剂的助熔机理，并用XRD和SEM观察了煤灰熔融过程中矿物组成变化。陈文敏 [3]结合我国煤种情况进行了化学组成对熔融性的影响研究，结果表明Al2O3能够对提高软化温度和流动温度具有显著的效果，Fe2O3在弱的还原气氛下能够降低煤灰的软化温度和流动温度，当CaO的含量小于30%时，随CaO的增高煤灰的软化温度和流动温度逐渐降低，但当CaO的含量大于35%时，煤灰的软化温度和流动温度不断增高；SiO2对软化温度和流动温度的影响也不同阶段。

3 煤灰矿物质组成对熔融性的影响

煤中矿物主要有粘土类矿物、碳酸盐矿物、硫化物、氧化物和氢氧化物等，其中石英、莫来石等属于耐熔矿物且含量较高对煤灰熔融温度的提高有着很大的帮助，而钙长石、黄长石、硅酸钙、赤铁矿和硬石膏等属于助熔矿物，可以有效的降低煤灰的熔融温度。

川井隆夫[4]以21种不同地质年代的煤种为研究对象，研究了煤中的主要矿物质对煤灰熔融特性的影响，研究表明煤中的高岭石含量与煤灰熔融性有一定的相关性。Unuma H [5]则认为煤灰中的矿物质才是影响煤灰熔融性的关键，因为石英、高岭土和长石等含量不同导致不同煤种的煤灰熔融温度存在差别，高岭土能够提高煤灰的熔融温度，当高岭土含量相同时，随着长石含量的增加，煤灰的熔融温度反而降低。邓芙蓉[6]采用TG-DSC方法等分析手段研究了煤灰熔融特性，也得出了煤灰矿物成分的差异是导致煤灰熔融性差异的重要原因的结论。李帆[7]比较全面系统的研究了煤灰在高温过程中的熔融热行为和矿物质转变行为，特别是对混煤中的矿物在高温下的物相变化进行了较多的研究，其研究成果对于指导配煤炼焦或者混煤发电有着重要的意义。

4 总结

针对煤灰熔融特性的研究已经涉及了原料特性、高温过程、配煤助熔以及燃烧气化过程等方面，但在实际的工程应用中，煤中矿物质组成复杂，燃烧和气化等过程也不相同，导致煤灰的熔融特性较难调控，后续研究关注如何解决复杂多变的原料性质和工程条件等对工程实践带来的影响，进一步提高效率和保证环保要求。

参考文献：

[1]Gray V R.Prediction of ash fusion temperature from ash composition for some New Zealand coals[J].Fuel，1987， 66（09）：1230-1239.

[2]高福烨，李帆.钙系助熔剂对煤灰熔融性影响的研究[J].煤气与热力，1988（02）：5-11+3.

[3]陈文敏，姜宁.煤灰成分和煤灰熔融性的关系[J].洁净煤技术， 1996，2，4（02）：34-37.

[4]川井，隆夫，柴田，進次，今西，信之.石炭灰の軟化溶融性状におよぼす粘土鉱物の影響[J].水曜会誌，1985（20）.

[5]Unuma H，Takeda S，Tsurue T，et al.Studies of the fusibility of coal ash[J].Fuel，1986，65（11）：1505-1510.

[6]邓芙蓉，杨建国，赵虹.利用TG-DSC方法研究煤灰熔融特性[J]. 煤炭科学技术，2005，33（02）：46-49.

[7]李帆，邱建荣，郑楚光等.混煤煤灰熔融特性及礦物质形态的研究[J].工程热物理学报，1998，19（01）：112-116.

基金项目：六盘水师范学院大学生项目-煤灰分组成对灰熔融性的影响研究（No：LPSSYDXS17041）

作者简介：周义义（1995-），男，贵州黔西人，本科，研究方向：煤灰熔融特性。

为通讯作者