煤灰熔融特性的研究方法

周義義 朱永超 韓靜

摘 要：國內(nèi)外針對對煤灰熔融特性進行了全面系統(tǒng)的研究，其對煤炭氣化和燃燒有著重要的意義。本文從煤灰的物理特性、煤灰成分、煤中礦物組成三個方面綜述了煤灰熔融特性的研究方法及相關(guān)進展。

關(guān)鍵詞：熔融特性；助熔劑；灰熔點；化學成分；礦物組成

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

0 引言

目前，煤炭的燃燒和氣化需要關(guān)注煤灰的結(jié)渣特性，而常規(guī)的評價煤灰結(jié)渣特性的方法主要是煤灰熔融性。對于灰熔融特性的研究從單一煤的熔融特性發(fā)展到混合煤的熔融特性，從煤灰的物理特性角度研究灰的熔融特性，發(fā)展到從煤灰的化學組成以及礦物組成角度來研究煤灰的熔融特性。隨著在煤灰熔融特性方面研究的深入，許多先進的研究方法也在不斷的開發(fā)和改進。本文從煤灰的物理性質(zhì)、煤灰化學成分、煤中礦物組成三個方面綜述了煤灰熔融特性的研究方法。

1 煤灰物理特性對熔融性的影響

煤灰是煤中礦物質(zhì)經(jīng)過高溫轉(zhuǎn)化而來，形成了粒度大小不一、形狀不規(guī)則顆粒。在煤灰的形成條件復(fù)雜而不可控，造成了煤灰顆粒表面凹凸不平，分布不均勻，孔隙分布不均等特點。煤灰的形成過程涉及固氣、固固界面物理化學，因此顆粒的外觀形貌以及表面元素分布直接影響了接觸界面的高溫反應(yīng)。

2 煤灰化學組成對熔融性的影響

煤灰是一種組成復(fù)雜的無機混合物，為了研究方便其化學組成多以氧化物形式表達，很多研究都表明煤灰的氧化物組成，如Al2O3、SiO2以及CaO等對其熔融特性有著非常直接的影響。國內(nèi)外的專家學者就煤灰化學組成對煤灰熔融特性的影響做了大量的研究，為了能夠?qū)ΜF(xiàn)場生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義，這方面研究主要集中在擬合化學組成與熔融溫度之間的關(guān)系上。

Vincent[1]認為對煤灰熔融性影響較為顯著的是煤灰的主要氧化物，因此其采用多元回歸和逐步回歸法對新西蘭煤灰的主要化學成分與熔融溫度之間的關(guān)系進行擬合，得出了不同氧化物對煤灰熔融溫度的影響；高福燁[2]研究了鈣系助熔劑的助熔機理，并用XRD和SEM觀察了煤灰熔融過程中礦物組成變化。陳文敏 [3]結(jié)合我國煤種情況進行了化學組成對熔融性的影響研究，結(jié)果表明Al2O3能夠?qū)μ岣哕浕瘻囟群土鲃訙囟染哂酗@著的效果，F(xiàn)e2O3在弱的還原氣氛下能夠降低煤灰的軟化溫度和流動溫度，當CaO的含量小于30%時，隨CaO的增高煤灰的軟化溫度和流動溫度逐漸降低，但當CaO的含量大于35%時，煤灰的軟化溫度和流動溫度不斷增高；SiO2對軟化溫度和流動溫度的影響也不同階段。

3 煤灰礦物質(zhì)組成對熔融性的影響

煤中礦物主要有粘土類礦物、碳酸鹽礦物、硫化物、氧化物和氫氧化物等，其中石英、莫來石等屬于耐熔礦物且含量較高對煤灰熔融溫度的提高有著很大的幫助，而鈣長石、黃長石、硅酸鈣、赤鐵礦和硬石膏等屬于助熔礦物，可以有效的降低煤灰的熔融溫度。

川井隆夫[4]以21種不同地質(zhì)年代的煤種為研究對象，研究了煤中的主要礦物質(zhì)對煤灰熔融特性的影響，研究表明煤中的高嶺石含量與煤灰熔融性有一定的相關(guān)性。Unuma H [5]則認為煤灰中的礦物質(zhì)才是影響煤灰熔融性的關(guān)鍵，因為石英、高嶺土和長石等含量不同導(dǎo)致不同煤種的煤灰熔融溫度存在差別，高嶺土能夠提高煤灰的熔融溫度，當高嶺土含量相同時，隨著長石含量的增加，煤灰的熔融溫度反而降低。鄧芙蓉[6]采用TG-DSC方法等分析手段研究了煤灰熔融特性，也得出了煤灰礦物成分的差異是導(dǎo)致煤灰熔融性差異的重要原因的結(jié)論。李帆[7]比較全面系統(tǒng)的研究了煤灰在高溫過程中的熔融熱行為和礦物質(zhì)轉(zhuǎn)變行為，特別是對混煤中的礦物在高溫下的物相變化進行了較多的研究，其研究成果對于指導(dǎo)配煤煉焦或者混煤發(fā)電有著重要的意義。

4 總結(jié)

針對煤灰熔融特性的研究已經(jīng)涉及了原料特性、高溫過程、配煤助熔以及燃燒氣化過程等方面，但在實際的工程應(yīng)用中，煤中礦物質(zhì)組成復(fù)雜，燃燒和氣化等過程也不相同，導(dǎo)致煤灰的熔融特性較難調(diào)控，后續(xù)研究關(guān)注如何解決復(fù)雜多變的原料性質(zhì)和工程條件等對工程實踐帶來的影響，進一步提高效率和保證環(huán)保要求。

參考文獻：

[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]高福燁，李帆.鈣系助熔劑對煤灰熔融性影響的研究[J].煤氣與熱力，1988（02）：5-11+3.

[3]陳文敏，姜寧.煤灰成分和煤灰熔融性的關(guān)系[J].潔凈煤技術(shù)， 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狀におよぼす粘土鉱物の影響[J].水曜會誌，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]鄧芙蓉，楊建國，趙虹.利用TG-DSC方法研究煤灰熔融特性[J]. 煤炭科學技術(shù)，2005，33（02）：46-49.

[7]李帆，邱建榮，鄭楚光等.混煤煤灰熔融特性及礦物質(zhì)形態(tài)的研究[J].工程熱物理學報，1998，19（01）：112-116.

基金項目：六盤水師范學院大學生項目-煤灰分組成對灰熔融性的影響研究（No：LPSSYDXS17041）

作者簡介：周義義（1995-），男，貴州黔西人，本科，研究方向：煤灰熔融特性。

為通訊作者