灰中焦對煤灰熔融特性的影響

張勇 喬欣 朱容君 梁琳

摘要：本文向黃陵煤、神木河畔煤、神木海灣煤和山西煤中加入相對應煤的焦，可以改變煤的灰熔融溫度。焦是煉焦煤料在焦爐內的高溫作用下，經過熱解、縮聚、固化、收縮等一系列復雜的物理化學過程而形成焦炭。隨著煤炭加工深度和廣度的快速發展，研究煤的灰熔融性高低尤為重要。所以，改變煤的灰熔融溫度具有很重要的意義。實驗用JFHR-3型微機灰熔點測定儀測定其在弱還原性氣氛下的熔融溫度并用X射線衍射（XRD）分析加入不同量焦煤的礦物質組成變化。實驗結果表明，焦可以有效的改善煤灰熔融特性。

關鍵詞：灰中;焦對;煤灰;影響

一、我國煤炭資源概況

我國煤炭資源豐富，煤炭儲量占全世界的13%，煤炭產量占全世界的37%，消費量占全世界的32% 。煤中礦物質是煤的重要組成部分，在煤炭加工利用中起著不可忽視的作用，煤在燃燒時，礦物質轉變成灰分。我國煤炭綜合利用技術落后，煤炭的利用率低下。

二、我國煤炭用途和煤炭使用工藝

隨著科學技術的不斷進步，近幾年來，煤炭用途和煤炭使用工藝發生了較大的變化。在冶金焦化行業，適應中國煤炭種類儲量的要求，傳統的頂裝煤煉焦工藝受到沖擊，搗固煉焦工藝得到推廣與發展;在電力行業，新建或改建的發電廠紛紛采用煤種適應性強的循環流化床鍋爐燃燒工藝，煤粉噴吹燃燒工藝不再是電廠鍋爐的首選;在化工行業，煤化工產業方興未艾，煤制甲醇，二甲醚，煤制油等，成為社會投資的熱點，大量的煤化工項目相繼立項，建設，投產，為煤炭的轉化利用增添了一道靚麗的風景線。煤氣化過程中，排渣方式是由煤灰熔點和煤結渣性決定的，煤燃燒時的結渣特性，以及氣化時的排渣方式，可以用煤灰熔點進行預測[5]。煤氣化時的氣化爐，一般采用氣流床，它采用液態排渣，對煤種有著嚴格的要求，否則，會引起爐膛結渣。因此，深入研究煤灰熔融性和煤炭結渣性，具有重要的現實意義。

三、煤灰的介紹

煤灰是一種極為復雜的無機混合物，通常都以氧化物的形式來表示煤灰的組成。化學分析結果表明，煤灰有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、 MgO、Na2O、K2O和SO3等氧化物構成。其中Fe2O3、CaO、 MgO、Na2O、K2O為堿性氧化物，SiO2、Al2O3、SO3為酸性氧化物，這些氧化物對于煤灰熔融溫度的影響各不相同，Vassilev等、孫文娟分析了煤灰中化學成分以及礦物成分對煤灰熔點的影響，得出了堿性氧化物一般隨著含量升高煤灰熔融溫度會先降低后升高，酸性氧化物一般隨著含量升高煤灰熔融溫度會升高，煤灰中的SO3對煤灰熔融溫度起到降低作用[7]。

半焦是煤氣化的產物，與原煤相比在表面形態、內部結構及化學組成上都有很大的不同。

煤灰熔點的改變能夠更好的利用煤，也能很好的解決爐膛內結渣的問題。本實驗以半焦為添加劑來改變黃陵煤、神木河畔煤、神木海灣煤、山西煤的礦物組成，從而研究焦對煤灰熔融溫度的影響。

四、實驗部分

（一）實驗用煤

本實驗選取4種煤為研究對象，分別是：黃陵煤（1#）、神木河畔煤（2#）、神木海灣煤（3#）、山西煤（4#）。

（二）實驗儀器

本實驗用JFHR-3型微機灰熔點測定儀測量煤灰的灰熔點。本儀器由高溫爐、控制箱以及計算機三部分組成。高溫爐采用臥式爐，爐內加熱元件為硅碳管。，最高加熱溫度達1500。C。

（三）煤灰的準備

1. 煤灰的制備

將選取的煤樣分別在JF-100顎式破碎機中粉碎，再將其置于JF-100-1A密閉式制樣粉碎機中，磨成0.2mm以下的微粒，煤粉在JF-4-10AS高效節能一體智能馬弗爐中灰化。灰化好的煤灰，在瑪瑙研缽中研磨，磨至微粒小于0.1mm。

2. 灰錐的制作

用0.1g/ml的糊精溶液，將研磨好的煤灰調成可塑狀，將其用下刀鏟下放入三角錐體的灰錐模中，擠壓成灰錐，最后，將模內的灰錐推到玻璃板上，在空氣中干燥，備用。

（四）結果分析

煤灰由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3、TiO2等組分構成。SiO2、Al2O3、SO3、TiO2屬于酸性氧化物;Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O屬于堿性氧化物。1#樣品中含有81.99%的酸性氧化物，13.63%的堿性氧化物;2#樣品中含有47.13%的酸性氧化物，50.81%的堿性氧化物;3#樣品中含有59.22%的酸性氧化物，35.78%的堿性氧化物;4#樣品中含有91.84%的酸性氧化物，8.15%的堿性氧化物。由于這四中樣品中酸性和堿性氧化物的含量不同。在一般情況下，酸性氧化物有升高煤灰熔點的效果;堿性氧化物對煤灰起到助熔的作用，但也要在一定的范圍內。

隨著灰中焦添加量的增大，黃陵煤的DT、ST、HT和FT都呈逐漸上升的趨勢，但在不同含量下，變化的幅度各不相同。灰中焦含量在10%以下時，黃陵煤的DT和ST增長緩慢，達到10%以上時，DT和ST增長幅度較大。灰中焦含量在15%以下時，黃陵煤的HT和FT增長緩慢，達到15%以上時，HT和FT增長幅度較大。由此可見，灰中焦能有效提高煤灰熔融特性。

隨著摻焦量的升高，神木海灣煤的DT、ST、HT和FT整體成上升趨勢。摻焦量在5%以下和10%～20%時DT、ST、HT和FT呈緩慢上升趨勢，在5%～10%時DT、ST、HT和FT時略有下降，但整體高于原煤。所以灰中焦能夠提高煤灰熔點。

山西煤當摻焦量小于15%時，其DT、ST、HT和FT整體成上升趨勢。ST、HT和FT在摻焦量小于10%時增長幅度較大，在10%～15%時增長緩慢;DT在摻焦量為5% ～10%時增長幅度較大，在小于5%和10%～15%時增長緩慢。在摻焦量大于15%時，DT、ST、HT和FT成明顯下降趨勢，且低于原煤，這是因為隨著焦量的增加，其中一些礦物質的含量比例也在增加，當堿性氧化物的含量高于原煤是，則它的灰熔點就會下降。

黃陵煤中添加10%的半焦，其煤灰在變形溫度下的主要結晶礦物質為硬石膏、石英、鈣鋁黃長石等組成;添加15%的半焦，其煤灰在變形溫度下的主要結晶礦物質為硬石膏、莫來石、鈣鐵輝石等組成。隨著半焦加入量的增加，石英、鈣鋁黃長石的衍射峰逐漸消失，形成了莫來石、鈣鐵輝石的衍射峰。其中鈣鋁黃長石為助熔礦物，莫來石為耐熔礦物。在煤灰中，助熔礦物的百分比越大，灰熔點溫度越低;助熔礦物的百分比越小，灰熔融溫度越高。

五、結論

（一）半焦量在一定范圍內升高煤灰熔點，過高會使灰熔點有所降低

（二）煤灰中酸性氧化物有升高煤灰熔點的效果;堿性氧化物對煤灰起到助熔的作用，但也要在一定的范圍內。

（三）用XRD分析熔融過程中煤灰成分，可以看出焦的加入量可以改變灰中礦物質的含量。

參考文獻：

[1]王陽，王汝峰，徐明珠，楊柳.中國21世紀能源發展趨勢[J].黑龍江科技信息，2010，（22）：11

[2]龍永華，高晉生.煤中礦物質與氣化工藝的選擇[J].潔凈煤技術，1998，4;34-37.

[3]吳詩勇.不同煤焦的理論性質及高溫氣化放應特性研究[博士].華東理工大學，2007-04-12，1

[4]鞏學剛.從煤炭用途和使用工藝的變化看煤炭市場發展趨勢[期刊].中國煤炭，2007-02-22，1-1

[5]周安寧，黃定國.潔凈煤技術[M].北京：中國礦業大學，2010：20-25

作者簡介：

張勇（1982-），民族：漢，性別：男，籍貫：四川省成都市，工作單位，西安集優企業管理咨詢有限公司。