煤灰熔融性测定部分问题浅析

刘峰 梁华

【摘 要】在实习过程中，煤灰熔融性项目学习时遇到一些较难解决的问题，经过查阅大量相关文献资料，找到了其中大多数问题具有一定说服力的解决方案，在此，将它们作以整理，以供交流所用。

【关键词】熔融性 还原性气氛 封碳法

【中图分类号】TQ533.5 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0030-01

1.煤灰熔融性定义[1]

煤灰熔融性就是在规定条件下得到的随加热温度而变的煤灰试样变形、软化、半球和流动特征物理状态。

煤灰是由硅、铝、铁、钙和镁等多种元素的氧化物及它们间的化合物构成的复杂混合物，它没有固定的熔点，当其加热到一定温度时就开始局部熔化，然后随着温度升高，熔化部分增加，成为半球状，到某一温度时全部熔化。这种逐渐熔化作用，使煤灰试样产生变形、软化、半球形和流动等特征物理状态。人们就可以用这四个状态相应的温度来表征煤灰的熔融性，或者说煤灰熔融性就是出现这四个物理状态时的温度。

2.试验气氛对灰熔融性的影响

实验气氛是影响煤灰熔融温度的主要因素。这是因为煤灰中含有的铁在不同的气氛中将以不同的价态出现。在氧化性气氛中被氧化成Fe2O3，即三价铁；在弱还原性气氛中，它将转变成二价的FeO；在强还原性气氛中则转变成单质的零价铁。而这三者的熔点以FeO最低（1420℃），Fe2O3的最高（1560℃），Fe居中（1535℃），且FeO能与煤灰中的SiO2生成熔点更低的硅酸盐及低熔混合物，所以，煤灰在弱还原性气氛中熔融温度最低。煤灰中含铁量越高，气氛的影响越大。当灰中Fe2O3含量达到15%以上时，氧化性气氛下的软化温度和流动温度可能将比弱还原性气氛下的软化温度和流动温度高100—300℃。

3.煤灰熔融性测定的实验气氛及其控制[4]

煤灰熔融性测定的实验气氛有两种，即弱还原性气氛和氧化性气氛。它们控制的方法有：

3.1弱还原性气氛

3.1.1通气法：

向测定炉内通入50±10%体积的H2和50±10%体积的CO2的混合气体，也可以通入60±5%的CO和40±5%的CO2的混合气体。

3.1.2封碳法：

对于气疏的高刚玉管炉膛，在炉内刚玉舟中央放置石墨粉15—20g，两端放置烟煤30--40g；气密的高刚玉管炉膛，在刚玉中央放置石墨粉5—6g。除了石墨和无烟煤外，还可以根据具体条件封入木炭、焦炭或石油焦。它们的粒度、数量和放置部位视炉膛的大小、气密程度和含碳物质的具体性质而适当调整。

3.2氧化性气氛

炉内不放任和含碳物质，并使空气在炉内自由流通。

4.灰熔融性测定中常用弱还原性气氛的理由

因为在工业锅炉的燃烧或气化室中，一般都形成由CO、H2、CH4、CO2和O2为主要成分的弱还原性气氛，所以，煤灰熔融性测定实验也在与之相似的弱还原气氛中进行。

5.灰锥的制备

限1—2g粒度小于0.1mm的煤灰，放在瓷板或玻璃板上，用几滴10%的糊精水溶液湿润成可塑状。用小刀将灰泥填入灰锥模中，并均匀用力从锥根到锥尖压实。将锥模放在瓷板上，用手的大拇指和食指分别捏住锥模的两半，一面互相挤紧，一面将其前后错开，将灰锥粘在任一个半锥模上。将带灰锥的半个锥模翻转180度，使灰锥锥面贴在瓷板上，然后用小刀从锥根将灰锥轻轻推下，在空气中干燥备用。

6.煤灰成分对其熔融性的影响

煤灰熔融性取决于它的化学组成。如下：

氧化铝：煤灰熔融时它起骨架作用，它能明显的提高灰熔融温度。氧化铝含量增加时，灰的熔融温度也增高，当其含量超过40%时，煤灰的软化温度将会超过1500℃。

二氧化硅：煤灰熔融时，二氧化硅起助熔作用，特别是煤灰中碱性组分含量较高时，助熔作用更明显。但其含量的高低和灰熔融温度的关系不太明确，一般来说，其含量高于40%的灰熔融温度比低于40%的灰熔融温度要高出100℃左右，而其含量在45%--60%范围内，熔融温度随其含量的增加而降低。

氧化铁：在弱还原性气氛中，铁以二价铁，即氧化亚铁的形式存在，随着二价铁含量的增加，煤灰熔融温度开始下降，当其摩尔百分数增加到40%左右时，下降到最低点，此后，随着二价铁含量的增加，熔融温度又升高。在氧化性气氛中，铁以三价铁，即三氧化二铁的形式存在，它总是有提高熔融温度的作用。

氧化钙：在煤灰熔融中，其起到助熔作用，但当其在煤灰中含量超出30%后，它又起升高熔融温度的作用。

其它氧化镁、氧化钠和氧化钾在煤灰熔融中都起助熔作用。

7.影响煤灰熔融性测定结果的因素

就一定化学组成的煤灰而言，影响其熔融性测定结果的主要因素是试验气氛，其次是加热速度、温度测量、试样尺寸、托板材料以及观察着的主观因素。

7.1加热速度

煤灰熔融过程是一个灰试样从局部融化到全部溶化的过程，而且炉温传到灰样，以及灰样达到温度均匀都需要一定的时间，因此，煤灰熔融性测定时，升温速度不能太快，否则，测定结果会偏高，但也不能太慢，否则试验周期会过长。一般控制在900℃前升温速度15--20℃/min，在900℃以后控制在5—7℃/min。

7.2温度测量准确度

由于煤灰熔融性是用温度来表示的，因此，温度测量的准确与否是灰熔点测定准确度的决定因素之一。我国普遍采用热电偶测温。但要求各试验室定期交验高温计，保证其准确度达到标准[5]。

7.3试样尺寸

由于传热的原因，一般尺寸小的试样，温度易达到平衡，所以，其测定值一般比大尺寸的低，为避免由此产生的测定误差，各国标准方法都对试样尺寸作了严格的规定。

7.4观察着主观因素[6]

煤灰熔融温度大都是目视判断，而煤灰的三个特征熔融温度主要是根据试样形态的变化来判断，尺寸变化只是个参考因素。因此，人为观测有一定的误差，特别是变形温度，难熔灰的变形温度尤甚。另外，由于煤灰是一个混合物，不同的灰组成不同，因此，受热时灰试样的形态变化也各种各异，往往还产生一些特殊形态变化，如起泡、膨胀等，这给熔融温度的判断又增加了困难。标准中给出的图例，只是一般情况下的图例。

总论

在这个试验的学习过程中，有好多经验性的东西很值得关注。经过不断的总结后，得到过一些很实用的东西。比如在调解煤灰湿度做锥的过程中，如果灰的黏度本身就大一些，就可以不用滴加糊精来调节湿度和黏度，直接用蒸馏水调解就可以了。再比如调硬度，滴加糊精不可过量，因为在做锥时，灰锥因太软就很难从锥模上被取下，即使勉强取下来了，断尖、变形和毛刺等现象也会影响锥的质量。再加之，煤灰调的过湿，做出的灰锥就需要过长的时间去风干，而且在不断升温的过程中，因水分的完全蒸发，灰锥会严重缩水，变得瘦小变形不利于观测。煤灰也不能调的太干，太干则会导致在从锥模取下灰锥时容易断尖。

在放置灰锥时，由于高温情况下灰锥和热电偶热端都会变的通红，如果两者重叠放置，则不便于实验者观测。应尽量让灰锥放在托板边位上和热电偶热端错开，这样更有利于观测。再者，灰锥应放置在与热电偶热端相距2mm处，不可放置过近。若放置过近，当灰锥高温变形后，则有可能因偏斜而粘连在热电偶热端上；灰锥和灰锥之间也不可放置太近，如果放置太近，就有可能引起灰锥之间的倾斜粘连或重叠阻挡观测，这些都会给观测带来不便。所以，在开始试验前就应将这些工作尽可能做好。

参考文献

[1] 李英华，《煤质分析应用技术指南》[M]. 出版时间：1999-11-01，中国标准出版社P314-320

[2] 潘丽华 赵智渊，煤的灰熔点及燃烧特性[J]. 华东电力1996 （8） p-4-7

[3] 鲍江 神府煤的灰熔点[J].陕西煤炭技术1992，（4） ： p.19-20

[4] 曹长武，《火电厂煤质检测技术》[M].中国标准出版社，2002-12，P303-311