影響煤灰熔融性溫度的控制因素

武瑞芳

山西省煤炭工業廳煤炭資源地質局，山西太原 030045

0 引言

在高溫狀態下，煤灰所達到的熔融狀態溫度，即為煤灰的熔融性；通常有四個溫度值，如下表所示：

DT FT ST HT變形溫度 軟化溫度 半球溫度 流動溫度

在進行設計鍋爐時，其灰融性溫度對以半球溫度（ST）為主，由于灰融性溫度的高低，不僅會直接影響著爐膛的結渣狀況，還會直接影響到用煤設備的燃燒方式以及其排渣方式，因此在進行煤氣化爐設計以及電廠鍋爐設計時，對于這個熔融性溫度值的高低，一定要進行認真探究和深入研究。總的看來，煤灰的熔融特性及溫度跟很多因素有著密切關系，諸如灰的成分、灰在燃燒過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，故對煤灰熔融性溫度值的大小就需要進行相關的控制；基于此，以下就針對幾個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 關于測試氣氛的性質

煤灰熔融性溫度可在三種不同性質的氣氛下進行測定，在不同氣氛下，煤灰熔融性亦有不一樣的變化規律。

1）氣氛呈弱還原性時。這種氣氛下的FT、ST、DT 測定值均比氧化性氣氛下的測定值低，且因不同的煤化學成分，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）氣氛呈強還原性時。在這種氣氛下，其熔融過程大量還原氧元素，使得所剩物多數為非金屬單質或金屬單質，這些金屬或非金屬氧化物的熔融溫度要比其單質熔融溫度低得多，因此在這種氣氛下，這些通過還原而得到的金屬單質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℃；故在測定煤灰熔融性溫度時，一般選擇若還原性氣氛來操作。

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

煤灰熔融性溫度在強還原性氣氛下煤灰熔融性溫度在強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 關于煤灰的不同成分

1）化學組成對煤灰特性的控制作用。通過化學分析可知，煤灰由一系列化合物所組成。依據不同的氧化物含量可以知道，硅鋁鐵鈣型應為多數煤灰所屬的類型，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。

通過相關研究可知，Al2O3與TiO2這兩種酸性氧化物對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煤灰都起著助熔作用，但CaO 的助熔效果與其本身含量有關，而Fe2O3助熔效果取決于煤灰所處氣氛性質。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，則將帶來溫度很低的煤灰熔融性溫度；

2） 礦物組成對煤灰熔融性的控制作用。科技的快速發展，帶來了先進測試儀器的出現，也使得煤灰熔融性的研究也在持續深入。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研究煤灰組成對煤灰熔融性溫度是如何起著控制作用看；此外，在對煤灰礦物質有關受熱過程中行為進行研究時，一般采取Mossbauer 譜儀法并配合高清顯微鏡來進行觀察；

3）相平衡性質對煤灰熔融性溫度的控制作用。從理論上來看，有關煤灰的固化溫度、液化溫度及處于中間溫度時，其液相和固相的組成，均可通過相平衡關系得到；在氧化氣氛下，可利用相圖來對各種礦物或添加劑對煤灰熔融性質的影響進行預測；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，則會促使煤灰熔融溫度降低下來，但若其中具有含量特別高的某一成分，則可能會出現比較特殊情況。

3 停留時間長短對煤灰熔融性溫度的控制作用

煤灰熔融特性受停留時間的影響極其明顯；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；絕大多數灰樣在5min 停留時間下的FT 要比15min 下有所下降，但在個別情況下，FT 則出現上升；對于絕大多數灰樣來說，一直處于H2氣氛下的FT 要比其在15min 停留時間下的FT 來得高，這表明在強還原氣氛下，灰渣具有一個漸進變化的行為過程；若灰樣所含Fe2O3的含量比較高，在比較短的停留時間內所受影響也將極其明顯，若灰樣所含Fe2O3的含量比較低，則所受影響就不顯著。

4 助溶劑對煤灰熔融性溫度的控制作用

在強還原氣氛下，CaO 對灰樣所起的助熔作用還是比較明顯，在30%～40%這個范圍內進行添加，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，則熔融溫度又表現出上升的勢頭。在這種強還原氣氛下，氧化鐵所起的助熔作用幾乎為零，若讓添加量超過30%，則熔融溫度的上升幅度極大，FT＞15000C。

5 結論

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、煤灰的化學組成及礦物質類別、停留時間及強還原性氣氛下的助溶劑等等，都會對煤灰熔融性溫度產生極大的影響；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系，不僅可以預測煤灰熔融性溫度，而且還可以對煤灰熔融性溫度進行改變和控制，這對于提高煤灰使用效果、提高生產效率都具有積極的促進作用。

[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，2010，5.

[2]謝欣馨.煤灰成分與灰熔融性關系研究進展[J].煤化工，2009，4.