影响煤灰熔融性温度的控制因素

1、影响煤灰熔融温度的控制因素引言煤灰熔融性是煤灰在高温下达到熔化状态的温度，主要包括四个温度值：变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)和流动温度(FT)，锅炉设计中大多数使用ST作为灰色熔化温度。无论是电站锅炉还是煤气化炉的设计工作，都必须仔细研究再加融化性温度。其值的大小与炉斜线有密切关系，对煤设备燃烧方式和排渣方式的选择有很大影响。干式排渣炉通常需要高重启熔化温度的煤，以防止燃烧灰熔融温度高的煤，例如固体排渣电站锅炉。通过液态排渣，燃烧灰熔融温度低的煤，开发了适用于基于液态排渣旋流器燃烧技术的工业窑炉的煤粉低尘燃烧技术，应用前景广阔，但根据燃烧器材料和环境排放，目前只能燃烧低灰

2、熔融温度、低硫烟煤。煤灰的熔融特性不仅与灰的成分有关，还与燃烧过程中灰的成分之间的相互作用有关。灰的熔化温度主要取决于煤的矿物组成、其氧化物的组成和比例、燃烧气氛等。为了调节煤灰熔融性温度，特别需要深入研究，以适应不同排渣方法的燃烧、气化技术或煤的应用范围扩大。1测试氛围性格的影响煤灰熔融性温度测定主要有弱还原性气氛、强还原性气氛、氧化性气氛等3种气氛。不同气氛下煤灰熔融变化规律不同。在约可还原性气氛中，DT、ST、FT小于在氧化性气氛中测量的值，并且根据煤灰化学成分，两种气氛的特性温度差异约为10 130。煤灰的铁有三个原子：Fe2O3(熔点为1560)、FeO(熔点为1420)和Fe(熔点

3、为1535)。在氧化性气氛中以Fe2O3形式存在，在弱还原气氛中以FeO形式存在，和其他原子铁一样，FeO具有最强的熔化效果。FeO与SiO2、A12O3、3al 2o 3 2 SiO 2(莫来石，熔点为1 850)、caoa 12 o 32sio2(钙长石，熔点为1553)等结合使用，形成铁橄榄石(2 feos io)煤灰的Fe2O3含量越高，灰的熔融温度越低，在弱还原性气氛下更为明显。在弱还原气氛中，反应如下：Fe2O3FeO (1)3a 12 o 32 SiO 2 FeO2 feos io 2 feoa L2 o 3(2)Cao al 2 o 32 SiO 2 FeO3 feoa L2

4、o 33 SiO 2 feos io 2 feoa L2 o 3(3)Sio 2 FeO feos io 2 (4)Feos io 2 FeO 2 feos io 2 (5)在强烈的还原气氛下，煤灰在熔融中大量还原氧元素，剩下的大部分是金属或非金属单质，其单质的熔化温度远高于氧化物，在强烈的还原气氛下还原的金属单质，煤灰熔化温度提高。因此，在强烈的还原气氛下，煤灰熔融温度与氧化气氛相比有50 200的差异。煤灰熔融性温度测定在工业炉燃烧或气化室中，通常由以CO、H2、CH4、CO2、O2为主要成分的弱还原性气氛形成，因此具有弱还原性气氛。因此，为了模拟实际工业炉的条件，煤灰熔融温度测量必须在类

5、似的弱还原性气氛下进行。实验中，一般采用密封木炭、石墨、无烟煤等含有碳的物质，在高温炉中燃烧时产生还原气体，调节密封碳量，调节炉气气氛，营造弱还原性的气氛的方式，调节实验炉的气氛。值得注意的是，密封过多的碳量会产生强烈的还原性气氛。碳密封方法简单，国内普遍采用。2煤灰组成的影响煤灰的主要成分是硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠、钛、锰、硫、磷等元素的氧化物及其盐类。根据“离子电位”的概念，煤灰成分中的Fe2O、Cao、MgO、Na2O和K2O是碱性成分，SiO2、Al2O3和TiO2是酸性成分。一般来说，煤灰的酸性氧化物含量越多，煤的灰熔融温度越高。碱性氧化物含量越多，煤的灰熔融温度越低。煤灰成分复杂

6、，因此在一定温度下，煤灰的各成分形成了共熔液，各组分的含量发生了很大变化，因此煤灰熔融温度和灰色成分之间的不确定量关系。2.1SiO2对煤灰熔融温度的影响煤灰中SiO2的含量多，其质量分数占30% 70%。几乎所有矿物组成都含有SiO2，主要来自以下矿物：煤的石英、高岭石(Al2 o 32 sio22 H2O)和伊利诺州(k2 o 5a L2 o 314 sio26 H2O)。在煤灰中，SiO2主要以非晶状态存在，有时起到提高熔体温度的作用，有时起到帮助熔化的作用。SiO2质量分数每次增减1%时，熔胶温度变化很小，仅在2 4时，SiO2质量分数为45% 60%，质量分数增加时，煤灰熔胶温度降低

7、。SiO2主要有助于熔化，因为它在高温下很容易形成其他金属和非金属氧化物和玻璃体物质。同时，玻璃体物质没有未固定的熔点，温度升高后变软，开始流动，然后完全变成液体。SiO2含量越高，玻璃体成分越形成，因此煤灰的FT和ST的差异也随着SiO2含量的增加而增加。如果SiO2质量分数超过60%，SiO2含量将提高，对煤灰熔融温度没有一定影响，这主要是因为SiO2是网络形成的块状氧化物，煤灰中有很多其他氧化物可分为修改的中间氧化物和网络氧化物，这表明了SiO2对熔化的贡献不确定性。如果SiO2质量分数超过70%，则灰色熔体温度更高，ST为1300c或更高。因为此时没有金属氧化物和SiO2的适当量，还有

8、玻璃SiO2，熔体温度会升高。2.2Al2O3对煤灰熔融温度的影响煤灰中，Al2O3质量分数发生了较大变化，部分为3% 4%，部分为50%以上，我国煤灰中为Al2O3，平均质量分数为28.2%。据文献指出，煤灰的Al2O3含量与灰熔融温度最密切相关，存在正相关关系。这是因为A12O3具有坚固的晶体结构，熔点为2 050 ，煤灰熔化过程中起到了“骨骼”的作用，A12O3含量越高，“骨骼”的成分越多，熔点越高。煤的灰熔融性温度的总趋势随着灰的Al2O3含量的增加而逐渐增加。煤灰的Al2O3，质量分数从15%开始，煤灰熔融温度随着A12O3含量的增加有规律地增加。煤灰的Al2O3质量分数超过40%，

9、无论其他煤灰成分的变化如何，ST通常大于1400 。但是，由于煤灰成分的复杂性和各成分的变化很大，Al2O3质量分数在30%以下的煤灰中也有很多ST，例如1400，甚至超过1 500 的煤。因此，Al2O3含量低的煤仅Al2O3含量大小不能完全知道再熔温度的高低，要确定煤灰熔胶温度的高低，需要对各组成进行综合判断。此外，Al2O3晶体具有固定的熔点，因此当温度达到相关铝盐物质的熔点时，熔体开始，很快就会出现流体，因此煤灰的Al2O3质量分数超过25%，FT和ST之间的温差随着煤灰Al2O3含量的增加而逐渐变小。2.3CaO对煤灰熔融温度的影响煤灰中，曹质量分数发生了很大变化，0.1%也低于50

10、%，但烟煤灰的曹平均水平最低，无烟煤灰的曹含量似乎最高。我国煤灰的Cao质量分数大部分在10%以下，小部分在10%到30%，只有极少数大于30%。由于Cao本身是一种高熔点氧化物(熔点2610)，同时也是碱性氧化物，样品的熔点作用更加复杂，可以降低灰熔点温度，提高灰熔点温度，其作用与样品的Cao含量和样品的其他成分有关。随着煤灰中Cao含量的增加，煤灰的融化温度首先下降，然后上升的趋势。当CaO质量分数低于30%时，煤灰熔融温度随CaO的增加而降低。原因包括CaO al 2 o 32 SiO2、钙黄长石(2 Cao al 2 o 32 SiO2，熔点为1 553)、铝酸钙(CaO al 2 o

11、 3，熔点为钙长石和钙黄长石等两种钙化合物容易形成1 170 和1 265 的低温共晶化合物。主要反应是：3al 2 o 32 SiO 2 CaoCao al 2 o 32 SiO 2(6)Cao al 2 o 32 SiO 2 Cao2 Cao al 2 o 32 SiO 2(7)SiO 2 CaoCao SiO 2(假钙灰石)(8)曹SiO 2曹 3曹SiO2 (9)煤灰的Cao质量分数大于40%，ST倾向于大幅增加。这是因为煤灰中CaO含量太高时，单边体态下存在更多的CaO，熔点为2 570 的平方钙石(CaO)，煤灰中ST自然升高。另一方面，作为氧化剂，CaO在破坏硅聚合物的同时，形成

12、具有高熔点的n-硅酸钙(2 130纯物质熔化的CaSiO3)，从而提高系统的熔体温度。2.4Fe2O3对煤灰熔融温度的影响煤灰中Fe2O3的质量分数最高，在个别煤灰中超过50%。煤灰中Fe2O3系列熔融成分，容易与其他化学成分反应生成可溶性化合物的一般趋势是，煤灰中的ST随着Fe2O3含量的增加而减少。如上所述，Fe2O3的融化效果与煤灰所处的气氛相关，在氧化气氛或弱还原气氛下，煤灰的Fe2O3含量起到降低灰熔融温度的作用，在弱还原气氛下熔化效果最明显。因为在高温弱还原气氛下，部分Fe3离子还原为Fe2，Fe2在熔化网络中没有达到键饱和的O2-相连接破坏网络结构，降低煤灰熔融温度。同时，FeO

13、容易形成Cao、SiO2、Al2O3等低温共熔液。相反，Fe3离子的极性很高，是提高煤灰熔融温度的聚合物的组成体。2.5MgO对煤灰熔融温度的影响煤灰中MgO含量少，大部分在3%以下，一般不超过13%。在煤灰中，MgO通常起到减少煤灰熔融性的作用，其含量增减对熔融性温度的升高有很大影响，每增加1%的MgO质量分数，熔化性温度就会降低22 31。实验结果表明，随着MgO含量的增加，灰色融化性温度逐渐降低，MgO质量分数为13% 17%时，灰色融化性温度最低，超过此含量时温度开始上升。但是在煤灰中MgO含量少，实际上在煤灰中只能起到降低灰熔融温度的作用。2.6Na2O和K2O对煤灰熔融温度的影响煤

14、灰的Na2O和K2O含量一般较低，但如果在煤灰中以自由形式存在，则Na和k的离子电位较低，会破坏煤灰的聚合物，从而大大降低煤灰的熔化温度。事实上，在大多数煤灰中，Na2O质量分数不超过1.5%，K2O质量分数不超过2.5%，在这个煤灰中，K2O一般不以自由形式存在，而是作为粘土矿物“伊利诺伊州”的成分存在。实验结果表明，埃里希加热到融化，但没有K2O析出。因此，非石油状态的K2O降低煤灰熔融温度的效果大幅减少。Na2O和K2O熔点低，容易生成与煤灰中其他氧化物低熔点共熔点熔体。在煤灰中加入K2O，约900 时形成Al2O3，石英形成白头石(k2 OA L2 o 34 SiO2)，纯白头石在1

15、686 时熔化，白头石和煤灰中的碱性氧化物能进一步反应，产生低温颗粒和钾长石的固溶体。同样，在煤灰中添加Na2O，从800 开始形成Al2O3，石英形成nepheline (na 2 OA L2 o 32sio2)，nepheline是典型的碱性矿物，比钾长石(k2 OA L2 o 36 SiO2)更强的耐光Na2O和K2O含量在普通煤的情况下总是很少，但其影响必须得到充分重视。碱金属是引起锅炉废气侧高温污染及腐蚀的主要因素，对炉渣也有不利影响。这是因为Na2O在高温下与SO3一起合成了Na2SO4，熔点只有884 ，对锅炉结焦起到了“基极”的作用。因此，Na2O含量低，但不能忽略其风险。2.

16、7TiO2对煤灰熔融温度的影响TiO2是白色粉末，通常称为二氧化钛。二氧化钛附着力强，不易发生化学变化，常用熔点1 850 制造耐火玻璃、釉、搪瓷、粘土、耐高温实验仪器等。代替高岭石中存在的晶格，TiO2与煤灰中高岭石的数量和晶格的好坏有关。煤灰中，TiO2总是起到提高灰熔融温度的作用，其含量增减对灰熔融温度的升高有很大影响，TiO2质量分数每增加1%，灰熔融温度则增加36 46。3矿物组成的影响煤的矿物有三种来源：原生矿物、二次矿物和外来矿物。原生矿物是原生煤植物中含有的矿物。二生矿物是通过水力和风力运到泥炭沼泽沉积的碎屑矿物和胶体溶液沉积的化学成因矿物，这两种矿物统称为煤的内部矿物，与煤结合，洗去更加困难。外部矿物是在采煤过程中混入煤的地面、屋顶、夹石层上的矸石，这种矿物可以通过洗涤轻易去除。煤的矿物主要有石英(SiO2)、白云石(CaCO3 mgco 3)、方解石(CaCO3)、黄铁矿(FeS2)和高岭石(Al2 o 32 sio22 H2O)。实验结果表明，煤的矿物成分主要发生在800 ，化学反应如下。白云石热分解：Caco3 mgco 3 MgO Cao 2 CO2 (10)方解石热分解：CaCO3CaO CO2 (11)