影响煤灰熔融性的因素

影响煤灰熔融性的因素褚林康什么是煤灰熔融性?煤灰熔融性又叫灰熔点，是指煤灰受热时由固态向液态逐渐转化的特性。煤灰的熔融性是动力用煤高温特性的重要测定项目之一。煤灰熔融性示意图煤灰熔融性是在煤灰高温下达到熔融状态的温度，主要包括4个温度值：1.变形温度(DT) 尖锥尖端或棱开始变圆或弯曲时的温度。2.软化温度(ST) 灰锥弯曲至锥尖触及托板或灰锥变成球形的温度。3.半球温度(HT) 灰锥形变至近似半球形，即高约等于底长的一半

时的温度。4.流动温度(FT) 灰锥熔化展开成高度在1.5mm以下的薄层时的温

度。在锅炉设计中，大多采用ST作为煤灰熔融性温度。无论电厂锅炉，还是煤气化炉的设计工作，都必须认真研究煤灰熔融性温度，其值大小与炉膛结渣有密切关系。对于固态排渣的电站锅炉，如循环流化床，需要燃用高灰熔融性温度的煤，以防止炉内结渣；而对于液态排渣的锅炉，则要求燃用灰熔融性温度较低的煤，以保证灰渣能以熔融状顺利排出。煤的组成以有机质为主体，构成有机高分子的主要是碳、氢、氧、硫、氮等元素，还有一些含量较少的其他十几种元素。煤灰作为煤的燃烧产物，其构成则更为复杂。煤灰熔融性不是一个定值，它取决于煤灰的成分及环境影响。影响灰熔点的因素：1.气氛因素2.成分因素3.灰分浓度因素1.气氛因素（介质因素）：通俗的讲，就是灰熔点会随着煤灰所处的介质变化而变化,炉内如果是不完全燃烧（缺氧燃烧），介质就是还原性气氛；炉内如果是完全燃烧，介质就是氧化性气氛。我们都知道流化床长时间缺氧燃烧，一旦获得了足够的氧气，将发生强烈的氧化反应，床温会急剧升高，但是或许不是很清楚的知道由于缺氧燃烧，会使灰熔点降低，大大增加结焦可能性。

这是什么原因呢？这是因为煤灰中的铁有3种化学价态，介质性质

不同时具有不同的价态，它们分别是:

Fe2O3（+3价熔点为1565℃氧化性气氛中）FeO（+2价熔点为1420℃还原性气氛中)Fe(0价熔点为1535℃）C+O2=CO2（完全燃烧，氧化性介质）2C+O2=2CO（不完全燃烧，还原性介质）2CO+Fe2O3===(高温）===2FeO+2CO2（1565℃）

（1420℃）

通过上面的化学反应方程式，我们可以很清楚的发现原本具有1565℃熔点的氧化铁在弱还原气体介质中，被还原反应生成熔点为1420℃氧化亚铁，熔点一下子下降了145℃。

变化还没有终结！氧化亚铁具有很强的活性，

有最强的助熔效果。FeO与SiO2（熔点1710℃）反应，生成铁橄榄石（Fe2SiO4

熔点1205℃）。FeO与Al2O3（熔点2050℃）反应，生成铁铝尖晶石（FeO·Al2O3

熔点1780℃）。FeO与3Al2O3•2SiO2（莫来石

熔点1850℃）反应,生成铁铝榴石（3FeO•Al2O3•3SiO2

熔点1240℃--1300℃）。FeO与CaO•Al2O3•2SiO2（钙长石熔点1552℃）反应，生成斜铁辉石（FeO•SiO2

熔点1240℃）。由上可见，缺氧燃烧会加重氧化亚铁的生成，使矿物质之间产生低熔点的共熔物，最终导致了灰熔点的降低。而在氧化性气氛中是以Fe2O3（+3价，熔点为1565℃）或Fe（0价，熔点1535℃）形式存在，因此在氧化性气氛中，灰熔点要比在弱还原性气氛下高。

2.成分因素：煤灰主要成分为硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠、钛、锰、硫和磷等元素的氧化物及其盐类。在煤灰成分中，Fe2O3、CaO、MgO、Na2O及K2O属碱性组分，SiO2、Al2O3及TiO2属酸性组分。一般而言，煤灰中酸性氧化物含量越多，煤的灰熔融性温度就越高；碱性氧化物含量越多，煤的灰熔融性温度就越低。同时，因煤灰成分复杂，在一定温度下，煤灰中各组分还会形成一种共熔体，各组分含量变化较大，因而煤灰熔融性温度与灰成分间是一种不确定的数量关系。

2.1

SiO2对煤灰熔融性温度的影响：

煤灰中SiO2有时起提高熔融温度作用，有

时则起

助熔作用。SiO2质量分数每增减 1%，对熔融性温度的变化很小，仅在 2℃～4℃；SiO2质量分数在45%以上,随着

其质量分数的增加，煤灰熔融性温度降低。

2.2

Al2O3对煤灰熔融性温度的影响：

煤灰中

Al2O3的含量对灰熔融性温度成正

相关

性。这是由于

Al2O3具有牢固的晶体

结构，熔点2050℃，煤灰中的

Al2O3含量

越高，灰熔点就越高。

2.3CaO对煤灰熔融性温度的影响：

煤灰中CaO本身是一种高熔点氧化物(2610℃)，同时也是一种碱性氧化物，所以，它对煤灰熔点的作用比较复杂，既能降低灰熔融性温度，也能升高灰熔融性温度，具体起哪种作用，与煤灰中CaO的含量和其他物质组分有关。随着煤灰中CaO含量的增加，煤灰熔融性温度呈先降后升的趋势。CaO质量分数在30%以下时，灰熔点随CaO的增高而降低；煤灰中CaO质量分数大于40%时，灰熔点有显著升高的趋势。我们公司流化床脱硫采用了添加石灰石，石灰石主要成分是CaO,因此，对于添加的石灰石量还可进一步摸索研究。2.4Fe2O3对煤灰熔融性温度的影响：

煤灰中Fe2O3属于助熔组分，易和其他化学

成分反应生成易熔化合物，总的趋势是煤

灰的ST随Fe2O3含量的增高而降低。

2.5

MgO对煤灰熔融性温度的影响：

煤灰中MgO通常起降低煤灰熔融性温度的

作用，其含量增减对熔融性温度的升降影

响较大，MgO质量分数每增加1%，熔融

性温度降低22℃～31℃。实验结果表明，MgO含量增加时，灰熔融性温度逐渐降低。

2.6

Na2O和K2O对煤灰熔融性温度的影响：

煤灰中的Na2O和K2O熔点低，容易与煤灰中的其

他氧化物生成熔点1150℃～1200℃共熔体。对一

般煤种而言，Na2O和K2O含量总是很少，但其影

响应引起充分重视。碱金属是造成锅炉烟气侧高

温玷污和腐蚀的主要因素，也对炉膛结渣起不良

作用。所以Na2O含量虽少，但不能忽视其危害。

2.7

TiO2对煤灰熔融性温度的影响：

TiO2是雪白的粉末，俗称钛白。钛白的黏附力强，

不易起化学变化，它的熔点1850℃，在煤灰中，

TiO2始终起到提高灰熔融性温度的作用，其含量

增减对灰熔融性温度的升降影响非常大，TiO2质

量分数每增加1%，灰熔融性温度增加36℃～46℃。3

.

灰分浓度的影响：

当煤中含灰量不同时，灰熔点也会发生变化，一般灰越多越低，这是由于各物质之间有助熔作用。燃烧多灰的煤,因为灰中各成份在加热过程中相互接触频繁,则产生化合、分解、助熔等作用的机会就增多，所以灰浓度也是影响灰熔点的因素。小结：1.灰熔点与燃烧气氛有关，氧化气氛下的灰熔点比弱还原气氛下的高。因此在锅炉运行中，要避免缺氧燃烧。为了保障脱硫剂的活性，又兼顾锅炉热效率，床温一般控制在900℃--950℃为宜。2.灰熔点与成分有关，煤灰中的Fe2O3、MgO、Na2O、K2O、SiO2具有降低灰熔点的作用、Al2O3及TiO2具有提高灰熔点的作用，CaO既

能降低灰熔点、也能提高灰熔点，关键在于Ca