煤灰熔融性測定部分問題淺析

劉峰 梁華

【摘 要】在實習過程中，煤灰熔融性項目學習時遇到一些較難解決的問題，經過查閱大量相關文獻資料，找到了其中大多數問題具有一定說服力的解決方案，在此，將它們作以整理，以供交流所用。

【關鍵詞】熔融性 還原性氣氛 封碳法

【中圖分類號】TQ533.5 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0030-01

1.煤灰熔融性定義[1]

煤灰熔融性就是在規定條件下得到的隨加熱溫度而變的煤灰試樣變形、軟化、半球和流動特征物理狀態。

煤灰是由硅、鋁、鐵、鈣和鎂等多種元素的氧化物及它們間的化合物構成的復雜混合物，它沒有固定的熔點，當其加熱到一定溫度時就開始局部熔化，然后隨著溫度升高，熔化部分增加，成為半球狀，到某一溫度時全部熔化。這種逐漸熔化作用，使煤灰試樣產生變形、軟化、半球形和流動等特征物理狀態。人們就可以用這四個狀態相應的溫度來表征煤灰的熔融性，或者說煤灰熔融性就是出現這四個物理狀態時的溫度。

2.試驗氣氛對灰熔融性的影響

實驗氣氛是影響煤灰熔融溫度的主要因素。這是因為煤灰中含有的鐵在不同的氣氛中將以不同的價態出現。在氧化性氣氛中被氧化成Fe2O3，即三價鐵；在弱還原性氣氛中，它將轉變成二價的FeO；在強還原性氣氛中則轉變成單質的零價鐵。而這三者的熔點以FeO最低（1420℃），Fe2O3的最高（1560℃），Fe居中（1535℃），且FeO能與煤灰中的SiO2生成熔點更低的硅酸鹽及低熔混合物，所以，煤灰在弱還原性氣氛中熔融溫度最低。煤灰中含鐵量越高，氣氛的影響越大。當灰中Fe2O3含量達到15%以上時，氧化性氣氛下的軟化溫度和流動溫度可能將比弱還原性氣氛下的軟化溫度和流動溫度高100—300℃。

3.煤灰熔融性測定的實驗氣氛及其控制[4]

煤灰熔融性測定的實驗氣氛有兩種，即弱還原性氣氛和氧化性氣氛。它們控制的方法有：

3.1弱還原性氣氛

3.1.1通氣法：

向測定爐內通入50±10%體積的H2和50±10%體積的CO2的混合氣體，也可以通入60±5%的CO和40±5%的CO2的混合氣體。

3.1.2封碳法：

對于氣疏的高剛玉管爐膛，在爐內剛玉舟中央放置石墨粉15—20g，兩端放置煙煤30--40g；氣密的高剛玉管爐膛，在剛玉中央放置石墨粉5—6g。除了石墨和無煙煤外，還可以根據具體條件封入木炭、焦炭或石油焦。它們的粒度、數量和放置部位視爐膛的大小、氣密程度和含碳物質的具體性質而適當調整。

3.2氧化性氣氛

爐內不放任和含碳物質，并使空氣在爐內自由流通。

4.灰熔融性測定中常用弱還原性氣氛的理由

因為在工業鍋爐的燃燒或氣化室中，一般都形成由CO、H2、CH4、CO2和O2為主要成分的弱還原性氣氛，所以，煤灰熔融性測定實驗也在與之相似的弱還原氣氛中進行。

5.灰錐的制備

限1—2g粒度小于0.1mm的煤灰，放在瓷板或玻璃板上，用幾滴10%的糊精水溶液濕潤成可塑狀。用小刀將灰泥填入灰錐模中，并均勻用力從錐根到錐尖壓實。將錐模放在瓷板上，用手的大拇指和食指分別捏住錐模的兩半，一面互相擠緊，一面將其前后錯開，將灰錐粘在任一個半錐模上。將帶灰錐的半個錐模翻轉180度，使灰錐錐面貼在瓷板上，然后用小刀從錐根將灰錐輕輕推下，在空氣中干燥備用。

6.煤灰成分對其熔融性的影響

煤灰熔融性取決于它的化學組成。如下：

氧化鋁：煤灰熔融時它起骨架作用，它能明顯的提高灰熔融溫度。氧化鋁含量增加時，灰的熔融溫度也增高，當其含量超過40%時，煤灰的軟化溫度將會超過1500℃。

二氧化硅：煤灰熔融時，二氧化硅起助熔作用，特別是煤灰中堿性組分含量較高時，助熔作用更明顯。但其含量的高低和灰熔融溫度的關系不太明確，一般來說，其含量高于40%的灰熔融溫度比低于40%的灰熔融溫度要高出100℃左右，而其含量在45%--60%范圍內，熔融溫度隨其含量的增加而降低。

氧化鐵：在弱還原性氣氛中，鐵以二價鐵，即氧化亞鐵的形式存在，隨著二價鐵含量的增加，煤灰熔融溫度開始下降，當其摩爾百分數增加到40%左右時，下降到最低點，此后，隨著二價鐵含量的增加，熔融溫度又升高。在氧化性氣氛中，鐵以三價鐵，即三氧化二鐵的形式存在，它總是有提高熔融溫度的作用。

氧化鈣：在煤灰熔融中，其起到助熔作用，但當其在煤灰中含量超出30%后，它又起升高熔融溫度的作用。

其它氧化鎂、氧化鈉和氧化鉀在煤灰熔融中都起助熔作用。

7.影響煤灰熔融性測定結果的因素

就一定化學組成的煤灰而言，影響其熔融性測定結果的主要因素是試驗氣氛，其次是加熱速度、溫度測量、試樣尺寸、托板材料以及觀察著的主觀因素。

7.1加熱速度

煤灰熔融過程是一個灰試樣從局部融化到全部溶化的過程，而且爐溫傳到灰樣，以及灰樣達到溫度均勻都需要一定的時間，因此，煤灰熔融性測定時，升溫速度不能太快，否則，測定結果會偏高，但也不能太慢，否則試驗周期會過長。一般控制在900℃前升溫速度15--20℃/min，在900℃以后控制在5—7℃/min。

7.2溫度測量準確度

由于煤灰熔融性是用溫度來表示的，因此，溫度測量的準確與否是灰熔點測定準確度的決定因素之一。我國普遍采用熱電偶測溫。但要求各試驗室定期交驗高溫計，保證其準確度達到標準[5]。

7.3試樣尺寸

由于傳熱的原因，一般尺寸小的試樣，溫度易達到平衡，所以，其測定值一般比大尺寸的低，為避免由此產生的測定誤差，各國標準方法都對試樣尺寸作了嚴格的規定。

7.4觀察著主觀因素[6]

煤灰熔融溫度大都是目視判斷，而煤灰的三個特征熔融溫度主要是根據試樣形態的變化來判斷，尺寸變化只是個參考因素。因此，人為觀測有一定的誤差，特別是變形溫度，難熔灰的變形溫度尤甚。另外，由于煤灰是一個混合物，不同的灰組成不同，因此，受熱時灰試樣的形態變化也各種各異，往往還產生一些特殊形態變化，如起泡、膨脹等，這給熔融溫度的判斷又增加了困難。標準中給出的圖例，只是一般情況下的圖例。

總論

在這個試驗的學習過程中，有好多經驗性的東西很值得關注。經過不斷的總結后，得到過一些很實用的東西。比如在調解煤灰濕度做錐的過程中，如果灰的黏度本身就大一些，就可以不用滴加糊精來調節濕度和黏度，直接用蒸餾水調解就可以了。再比如調硬度，滴加糊精不可過量，因為在做錐時，灰錐因太軟就很難從錐模上被取下，即使勉強取下來了，斷尖、變形和毛刺等現象也會影響錐的質量。再加之，煤灰調的過濕，做出的灰錐就需要過長的時間去風干，而且在不斷升溫的過程中，因水分的完全蒸發，灰錐會嚴重縮水，變得瘦小變形不利于觀測。煤灰也不能調的太干，太干則會導致在從錐模取下灰錐時容易斷尖。

在放置灰錐時，由于高溫情況下灰錐和熱電偶熱端都會變的通紅，如果兩者重疊放置，則不便于實驗者觀測。應盡量讓灰錐放在托板邊位上和熱電偶熱端錯開，這樣更有利于觀測。再者，灰錐應放置在與熱電偶熱端相距2mm處，不可放置過近。若放置過近，當灰錐高溫變形后，則有可能因偏斜而粘連在熱電偶熱端上；灰錐和灰錐之間也不可放置太近，如果放置太近，就有可能引起灰錐之間的傾斜粘連或重疊阻擋觀測，這些都會給觀測帶來不便。所以，在開始試驗前就應將這些工作盡可能做好。

參考文獻

[1] 李英華，《煤質分析應用技術指南》[M]. 出版時間：1999-11-01，中國標準出版社P314-320

[2] 潘麗華 趙智淵，煤的灰熔點及燃燒特性[J]. 華東電力1996 （8） p-4-7

[3] 鮑江 神府煤的灰熔點[J].陜西煤炭技術1992，（4） ： p.19-20

[4] 曹長武，《火電廠煤質檢測技術》[M].中國標準出版社，2002-12，P303-311