几种主要氧化物对神华煤灰灰熔点的影响
影响煤灰熔融性温度控制因素的探究(全部后改)(1)讲解
影响煤灰熔融性温度控制因素的探究光阴似箭，时光荏苒，转眼在秦皇岛出入境检验检疫局煤炭检测技术中心工作已经进入了第七年，在这七年的时间里，我和全体煤检中心化验科的领导和同事们一起在融洽、关怀、友爱的气氛中度过我人生中重要的时期，令我终生难忘。
感谢给过我帮助的煤检中心的领导和同事。
是她们给我的论文试验提供了宝贵建议，提供方便，让我的实验和论文都能顺利完成。
感谢我的领导张部长和赵姨对我的指导，感谢他们在我工作遇到困难时对我的鞭策。
他们认真的工作态度和敬业精神值得我去学习。
感谢组长、副组长和各位A组成员在我工作中给予的帮助和关心。
他们平易近人、心胸开阔,对待工作高度严谨的态度使我受益匪浅。
是他们给了我一个轻松、愉快的环境生活和学习，也感谢他们给予的友情、帮助。
最后特别感谢我的家人，感谢他们多年来对我无私的奉献、支持、鼓励和信任。
煤灰熔融特性是判断煤灰结渣程度的重要参数，炉内结渣影响锅炉的高效、安全运行，因此，研究煤灰熔融特性的影响因素及其调控方法对动力煤的有效利用具有重要意义。
在研究煤灰成分对煤灰熔融性的影响过程中，结果表明煤灰熔融性温度随不同氧化物含量的增加出现了不同的变化规律。
并用煤灰熔融性测定仪分别测定多种煤样在氧化性气氛和弱还原性气氛下的煤灰熔融性温度。
结果表明气氛对煤灰熔融性温度的影响是非常明显的。
通过向煤灰中添加系列的碳酸钠和碳酸钙，结果表明碳酸钠可以有效降低煤灰熔融性温度，碳酸钙可以有效提高煤灰熔融性温度关键词：煤灰熔融性;；煤灰成分；还原气氛；氧化性气氛AbstractMelting characteristics of coal ash is an important indicator. Slagging threat the economy and security of the coal burned boiler. It is very important to study the impact factors of coal ash fusion on the full utilization of coal resource. This article focuses on the impact of coal ash composition to coal ash fusibility, and it turns out that the chang of coal ash fusion temperature occurs with the increase of different oxide content. Using coal ash melting tester test a variety of coal samples under oxidizing atmosphere and weak reducing atmosphere of ash melting point. Results show that the atmosphere of the impact of coal ash melting is ing the method of adding different amount of Na2CO3 and CaCO3 to the coal ash. The results show that the ash fusion temperatures decreases with addition amount of Na2CO3 with 9 %, and ash fusion temperatures increases with addition amount of with 6 %.Keywords：coal ash fusion; coal ash composition; reducing atmosphere; oxidizing atmosphere摘要 (I)Abstract (I)目录 (II)第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 研究内容和实验方法 (3)1.2.1 研究内容 (3)1.2.2 实验方案 (3)1.3 研究目标 (3)第2章文献综述 (4)2.1 煤中矿物质的组成 (4)2.2 煤灰成分 (4)2.3 煤灰熔融性温度 (6)第3章实验材料及仪器 (8)3.1 实验材料 (8)3.2 实验仪器 (8)3.3 工艺流程图 (9)3.3.1 灰熔融性温度测定工艺流程图 (9)3.3.2 灰成分测定工艺流程图 (10)第4章煤灰组成成分对煤灰熔融性温度的影响 (11)4.1 二氧化硅(SiO2)对煤灰熔融性温度的影响 (11)4.2 氧化铝(Al2O3)对煤灰熔融性温度的影响 (12)4.3 三氧化二铁(Fe2O3)对煤灰熔融性温度的影响 (14)4.4 氧化钙(CaO)对煤灰熔融性温度的影响 (15)4.5 氧化镁(MgO)对煤灰熔融性温度的影响 (16)4.6 本章小结 (17)第5章不同气氛环境对煤灰熔融性温度的影响 (18)5.1 不同气氛环境对煤灰熔融性温度影响 (18)5.2 本章小结 (20)第6章不同添加物对对煤灰熔融性温度的影响 (21)6.1 碳酸钠对高熔点煤灰熔融性温度的影响 (21)6.2碳酸钙对低熔点煤灰熔融性温度的影响 (22)6.3 本章小结 (23)第7章小结 (24)参考文献 (25)第1章绪论1.1 研究背景我国富煤少油，是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家[1]。
煤灰矿物组成对煤灰熔融特性的影响
煤灰矿物组成对煤灰熔融特性的影响摘要以神木西沟煤为煤样，研究了煤灰化学成分和灰熔融性的关系，考察了灰成分对煤灰熔融温度的影响，得出了提高煤灰熔点的最佳方法．实验结果表明，添加适量的氧化物会提高煤灰的熔融温度．要使灰软化温度超过１３５０℃，ＳｉＯ２的添加量至少４．０％，Ａｌ２Ｏ３的添加量至少２．０％，ＣａＯ的添加量至少２．０％．从工业生产实际出发，应考虑添加ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３或ＳｉＯ２，即添加廉价的高岭土、石灰石、蒙脱土之类的添加剂，进而扩大煤的使用范围．关键词煤灰，熔融温度，灰成分引言陕北地区是国内外少有的能源资源富集区，蕴藏着丰富的煤炭资源，但由于其生态环境脆弱，长期的能源开发引起了一系列的生态环境问题，严重影响和制约了陕北能源产业的可持续发展．［１］特别是陕北神木煤种煤质优良，素有“天然精煤”之称，是优良的动力用煤，也是良好的气化和液化用煤，但神木地区煤种灰熔点普遍较低，直接影响了市场销售及适用范围，煤灰熔融性已成为影响矿区经济效益的主要因素之一．因此，改变煤灰熔点，提高煤的适用范围迫在眉睫．根据煤灰化学成分中金属离子的离子势，可将氧化物分成两大类，即碱性氧化物（Ｆｅ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ）和酸性氧化物（ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２）．［２，３］煤灰所处的气氛一定时，灰熔点与煤灰成分之间有一定的关系，灰中酸性氧化物的含量大于碱性氧化物含量时，煤灰熔融温度较高；相反，煤灰熔融温度较低．［４－７］因此，了解煤灰成分对灰熔点的影响，通过改变煤灰组成可以控制灰熔点．灰熔点没有一个固定值，包含变形温度（ＤＴ）、软化温度（ＳＴ）、半球温度（ＨＴ）和流动温度（ＦＴ）四个特征温度，一般用软化温度（ＳＴ）来表示灰熔点．本实验以神木西沟煤矿的煤为煤样，实验测量煤灰的ＳＴ为１２４７℃，煤灰的灰熔点较低，仅适用于液态排渣，限制了其适用范围．为了扩大煤的适用范围，本文主要研究灰成分对灰熔融性的影响，寻求提高神木煤灰熔融温度的方法，以满足当地动力用煤对灰熔点的要求．１实验部分１．１灰锥的制备将煤样在粉煤机中粉碎，再将其磨成小于０．２ｍｍ的煤粒，在马弗炉中灰化．将灰化后的煤灰用玛瑙研钵研细至０．１ｍｍ以下，用糊精溶液调制成可塑状，然后用小刀铲入灰锥模具中压成灰锥．用小刀将模内灰锥小心地推至玻璃板上，于空气中风干备用．１．２煤灰的化学成分及矿物组成的测定本实验采用Ｘ－射线衍射（ＸＲＤ）和电感耦合等离子体原子发射光谱（ＩＣＰ－ＡＥＳ法）相结合的方法分析煤灰的化学成分．将制好的灰锥加热到软化温度迅速取出，放入冷水中骤冷，取出晾干，在玛瑙研钵中研细，通过Ｘ－粉末衍射仪分析灰样的矿物组成，衍射条件为：Ｃｕ靶，管电流４０ｍＡ，管电压３６ｋＶ．在石墨坩埚中将灰化好的煤灰用硼氢化锂包裹好放在电垫板上加热，直至其熔化，在５０ｍＬ５％硝酸中溶解，取下冷却，转移至１００ｍＬ容量瓶中，用５％硝酸定容．通过ＸＲＤ的分析配制一系列标准溶液，配制好的溶液通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪定量分析煤灰中主要化学成分的含量１．３煤灰熔融温度的测定用ＪＦＨＲ－３微机灰熔点测定仪，按照国标法ＧＢ／Ｔ２１９－１９９６《煤灰熔融性的测定方法》测定煤灰的熔点．２结果与讨论２．１煤灰组分的含量用ＩＣＰ－ＡＥＳ法定量分析煤灰的化学成分，煤灰中主要化学成分的含量见表１．表１煤灰中主要化学成分的含量（％＊）Ｆｅ２Ｏ３ＣａＯＫ２ＯＮａ２ＯＭｇＯＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３ＳＯ３ＴｉＯ２１２．２９１３．５８３．４４４．３５８．５３２９．４７１７．３９０．５２０．８１＊Ｐｅｒｃｅｎｔｏｆｗｅｉｇｈｔ．由表１可知，煤灰的主要成分为Ｆｅ２Ｏ３，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｋ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３以及少量的ＳＯ３和ＴｉＯ２．煤灰中碱性氧化物的含量为４２．１９％，酸性氧化物的含量为４８．１９％，而且煤灰中铁矿石的含量较高，因此煤灰的灰熔点较低．２．２灰成分对煤灰熔融性温度的影响煤灰由一些碱性氧化物和酸性氧化物组成，氧化物的含量直接影响灰熔融性温度．本实验主要研究了煤灰成分ＣａＯ，Ｆｅ２Ｏ３，ＭｇＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＳｉＯ２和Ａｌ２Ｏ３对煤灰熔融温度的影响．实验中各氧化物的加入量用加入的氧化物与原煤的质量比表示．２．２．１加入ＣａＯ对煤灰熔融温度的影响随着煤灰中ＣａＯ加入量的增加，煤灰熔融性温度呈先降后升的趋势．在ＣａＯ加入量较少时，煤灰熔融温度随ＣａＯ加入量的增加而降低ＣａＯ加入量为０．５％时，煤灰的熔融温度最低，ＳＴ为１２２４℃，降低２３℃，这是因为ＣａＯ能与ＳｉＯ２等形成低熔点的硅酸盐．随着煤灰中ＣａＯ加入量的增大，煤灰熔融温度呈升高的趋势，ＣａＯ加入量为２．０％时，煤灰的熔融温度超过１３５０℃，ＳＴ为１３５９℃，这是因为出现ＣａＯ单体，破坏了硅酸盐结构，形成高熔点的正硅酸钙，致使体系熔融性温度上升２．２．２加入Ｆｅ２Ｏ３对煤灰熔融温度的影响随着煤灰中Ｆｅ２Ｏ３加入量的增加，煤灰熔融温度呈先降后升的趋势．在Ｆｅ２Ｏ３加入量很少时，灰中Ｆｅ２Ｏ３起助熔剂的作用，易和其他化学成分反应生成低熔点化合物，故煤灰的熔融温度随Ｆｅ２Ｏ３加入量的增高而降低．但当Ｆｅ２Ｏ３加入量大于０．５％时，弱还原氛围中，灰中的Ｆｅ主要以ＦｅＯ的形态存在于煤灰中，ＦｅＯ单体是一种熔点很高的氧化物，所以引起煤灰的熔融温度升高．２．２．３加入ＭｇＯ对煤灰熔融温度的影响随着煤灰中ＭｇＯ加入量的增加，煤灰熔融温度呈先降低后上升的趋势．当ＭｇＯ加入量较少时，它主要起助熔剂的作用，煤灰的熔融温度会随着ＭｇＯ加入量的增加而降低，当ＭｇＯ加入量为２．０％时，煤灰的熔融温度最低，ＳＴ为１１７７℃，降低７０℃；随着ＭｇＯ加入量的继续增大，煤灰中出现ＭｇＯ单体，因为ＭｇＯ的熔点很高，所以ＭｇＯ加入量继续增加时，煤灰的熔融温度就会升高．２．２．４加入Ｎａ２Ｏ对煤灰熔融温度的影响随着煤灰中Ｎａ２Ｏ加入量的增加，煤灰熔融温度呈先降低后上升的趋势，Ｎａ２Ｏ的加入量为２．０％时，煤灰的熔融温度最低，ＳＴ为１０９８℃，降低１４９℃．当Ｎａ２Ｏ加入量较少时，灰中Ｎａ２Ｏ以游离形式存在于煤灰中，由于Ｎａ＋的离子势较低，能破坏煤灰中的多聚物，因此，能显著降低煤灰熔融温度；Ｎａ２Ｏ加入量大于２．０％后，大量的Ｎａ２Ｏ会以晶体的形式存在，会使煤灰的熔融温度升高．２．２．５加入Ｋ２Ｏ对煤灰熔融温度的影响随着煤灰中Ｋ２Ｏ加入量的增加，煤灰熔融温度呈先上升再降低后又上升的趋势．当Ｋ２Ｏ的加入量较少时，Ｋ２Ｏ与煤灰中其他氧化物逐渐生成高熔点的伊利石，因而灰熔点会升高；随着Ｋ２Ｏ加入量的增加，添加量超过２．０％后，少量的Ｋ２Ｏ以游离形式存在于煤灰中，Ｋ＋破坏了伊利石结构，煤灰熔融温度急速降低，Ｋ２Ｏ加入量在２．５％时，灰熔点最低，ＳＴ为１２３０℃；而后随着Ｋ２Ｏ加入量的增加，灰熔点又会上升，灰中出现了Ｋ２Ｏ晶体，使煤灰的熔融温度升高.２．２．６加入ＳｉＯ２对煤灰熔融温度的影响，随着煤灰中ＳｉＯ２加入量的增加，煤灰熔融温度呈先降低后上升的趋势．当ＳｉＯ２的加入量为２．０％时，煤灰的熔融温度最低，ＳＴ为１２０５℃，降低４２℃．ＳｉＯ２的加入量较少时，ＳｉＯ２会与硅酸盐作用产生低熔点的共熔物，从而导致熔点降低；ＳｉＯ２的加入量逐渐增大并超过２．０％时，灰熔融温度又呈上升趋势，ＳｉＯ２加入量为４．０％时，煤灰的熔融温度超过１３５０℃，ＳＴ为１３８４℃．大量的ＳｉＯ２会以晶体的形式存在，会使煤灰的熔融温度升高．２．２．７加入Ａｌ２Ｏ３对煤灰熔融温度的影响随着煤灰中Ａｌ２Ｏ３加入量的增加，煤灰熔融温度呈上升趋势．当Ａｌ２Ｏ３加入量为２．０％时，煤灰的软化温度超过１３５０℃，ＳＴ为１３７６℃．灰样的ＳＴ较低，主要是因为灰样中的Ａｌ２Ｏ３与其他氧化物形成低熔点的共熔物．添加Ａｌ２Ｏ３后，灰中没有剩余的其他氧化物与Ａｌ２Ｏ３作用，Ａｌ２Ｏ３以游离态的形式存在于灰中，Ａｌ２Ｏ３是高熔点的氧化物，因此随着Ａｌ２Ｏ３加入量的增加，灰中游离态的Ａｌ２Ｏ３增多，灰熔点升高．３结论１）煤中添加适量的碱性氧化物，可使煤的灰熔点降低，随着碱性氧化物加入量的继续增大，又会使煤灰熔融温度升高，但各碱性氧化物对灰熔点的影响程度不同没有剩余的其他氧化物与Ａｌ２Ｏ３作用，Ａｌ２Ｏ３以游离态的形式存在于灰中，Ａｌ２Ｏ３是高熔点的氧化物，因此随着Ａｌ２Ｏ３加入量的增加，灰中游离态的Ａｌ２Ｏ３增多，灰熔点升高．２）煤中添加酸性氧化物ＳｉＯ２时，开始灰熔点降低，当ＳｉＯ２的添加量超过２．０％时，灰熔融温度呈上升趋势．ＳｉＯ２加入量为４．０％时，ＳＴ为１３８４℃，可满足固态排渣对灰熔点的要求．３）酸性氧化物Ａｌ２Ｏ３加入量为２％时，ＳＴ超过１３５０℃，继续加入，会使灰熔点持续升高．４）对于神木煤灰这样低熔点的灰，因工业生产的需求要提高其熔点时，首先考虑添加ＣａＯ，Ａｌ２Ｏ３或ＳｉＯ２，即添加廉价的高岭土、石灰石和蒙脱土之类的添加剂参考文献［１］谢秀英，王明华，张小民．关于陕北能源开发问题的研究［Ｊ］．陕西经贸学院学报，１９９７（３）：１－７．［２］ＨｕｇｇｉｎｓＦＥ，ＫｏｓｍａｃｋＤＡ，ＨｕｆｆｍａｎＧＰ．ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎＢｅｔｗｅｅｎＡｓｈ－ｆｕｓｉｏｎＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓａｎｄＴｅｒｎａｒｙＥｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍＰｈａｓｅＤｉａｇｒａｍｓ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，１９８１，６０（７）：５７７－５８４．［３］张德祥，龙永华，高晋生等．煤灰中矿物的化学组成与灰熔融性的关系［Ｊ］．华东理工大学学报，２００３，２９（６）：５９０－５９４．［４］许志琴，于戈文，邓蜀平等．助熔剂对高灰熔点煤影响的实验研究［Ｊ］．煤炭转化，２００８，３１（１）：８０－８２．［５］ＶａｓｓｉｌｅｖＳＶ，ＫｕｎｉｈｉｒｏＫ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＭｉｎｅｒａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＣｏａｌＡｓｈｅｓｏｎＴｈｅｉｒＦｕｓｉｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．ＦｕｅｌＰｒｏｃｅｓｓ－ｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９５，４５（１）：２４－２７．［６］姚星一．煤灰熔点与化学成分的关系［Ｊ］．燃料化学学报，１９６５，６（２）：１５１－１６１．［７］李继炳，沈本贤，赵基钢等．镁基助熔剂对刘桥二矿混煤灰熔融特性的影响［Ｊ］．煤炭转化，２００９，３２（２）：３７－４０。
煤灰化学组成与煤灰熔融温度关系的探讨
煤灰化学组成与煤灰熔融温度关系的探讨作者：张雷来源：《中国新技术新产品》2014年第05期摘要：煤灰化学组成是影响煤灰熔融温度的关键因素。
煤灰中各化学组成随着含量升高多数使煤灰熔融温度先降低后升高，一些低含量煤灰化学组成对煤灰熔融温度也有较大影响。
增加煤质数据积累量、全面考虑影响煤灰熔融温度的因素、提高化学组成测量的精确度再利用多次优化拟合可以获得准确度高、适用性好的回归公式。
关键词：煤灰；化学组成；煤灰熔融温度中图分类号：TO53 文献标识码：A1 概述煤灰是煤中矿物质在较高温度下氧化分解的产物，煤灰中化学组成是一项重要的煤质数据。
根据煤灰化学组成可以大致推测煤中矿物质组成，初步判断煤灰熔融性以及煤对燃烧室的腐蚀程度。
因此，为了满足工业生产中不同工艺对煤灰熔融温度的要求，进行煤灰化学组成与煤灰熔融温度的关系研究是十分必要的。
2 煤灰化学组成对煤灰熔融温度的影响煤灰化学组成常以各种氧化物的形式表示这些物质的性质、相对含量以及高温条件下的相互作用决定了煤灰熔融特性。
按照其自身性质等属于酸性氧化物，碱性氧化物，熔点较低。
一般情况下酸性氧化物含量高，使得煤灰熔融温度相对较高，但是每种氧化物对煤灰熔融温度的影响却不同。
单煤灰熔融温度也并非随碱性氧化物的增多而单调降低。
2.1 酸性氧化物对煤灰熔融温度的影响2.1.1 SiO2煤灰中SiO2含量一般在30%-70%范围内变化。
煤灰熔融时起到一定程度的助熔作用。
不考虑其他组成的影响，煤灰熔融温度随SiO2含量增多呈降低趋势，但随着SiO2含量的进一步上升超过一定比例煤灰熔融温度又有上升趋势。
若煤灰中碱性组分含量较高，SiO2的助熔作用更明显。
煤灰中Fe2O3含量一般在5%-15%之间。
对煤灰熔融温度的影响与所处气氛有关，氧化性气氛中以Fe2O3形态存在，弱还原性气氛中以Fe2+形式存在，无论以哪种形式存在均可以降低煤灰熔融温度，但在弱还原性气氛下助熔效果最显著，因为Fe2+易于与SiO2形成低共熔点化合物，降低煤灰熔融温度，而以Fe原子形态存在时对煤灰熔融温度的影响界于前两者之间。
浅谈煤灰熔融性(知识产权归于作者所有,非上传者)
浅谈煤灰熔融性2007-11-27 11:47:06国际煤炭网网友评论煤灰的熔融性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。
由于煤灰不是一个纯净物，它没有严格意义的熔点，衡量其熔融过程的温度变化，通常用三个特征温度：即变形温度（DT），软化温度（ST）、流动温度（FT）。
这三个温度代表了煤灰在熔融过程中固相减少，液相渐多的三点，在工业上多用软化温度作为熔融性指标，称为灰熔点。
一、煤灰的熔融性对于煤粉固态排渣炉的炉膛结渣有密切关系：如灰熔融性温度低，在炉膛高温下熔融粘在炉膛受热面上，冷却后形成结渣。
根据运行经验，煤灰软化温度小于1350℃就有可能造成炉膛结渣。
故煤粉固态排渣炉要求灰熔融性温度高。
煤灰熔融过程中DT-ST之间的温度为软化区间温度，根据其范围把灰分为长渣和短渣，一般认为软化区温度大于200℃为长渣，小于100℃为短渣。
通常短渣的煤易于结焦，燃用长渣的煤较为安全。
二、影响煤灰熔融性的因素：影响煤灰熔融性的因素主要是煤灰的化学组成和煤灰受热时所处的环境介质的性质：一、煤灰的化学组成比较复杂，通常以各种氧化物的百分含量来表示。
其组成百分含量可按下列顺序排列：SiO2，Al2O3，（Fe2O3+FeO），CaO，MgO，（Na2O+K2O）。
这些氧化物在纯净状态时熔点大都较高（Na2O和K2O除外）。
在高温下，由于各种氧化物相互作用，生成了有较低熔点的共熔体。
熔化的共熔体还有溶解灰中其他高熔点矿物质的性能，从而改变共熔体的成分，使其熔化温度更低。
上列氧化物分为三类，此三类氧化物对煤灰的熔融性的影响如下：Al2O3 能提高灰熔点，煤灰中三氧化二铝含量自15%开始，煤灰熔融性温度随其含量增加而有规律的增加，煤灰中Al2O3含量大于40%时，ST一般都超过1500℃；大于30%时，ST也多在1300℃以上。
当三氧化二铝含量高于25%时，DT与ST 的温差，随其含量增加而变小。
煤灰中化学成分对熔融和结渣特性影响的探讨(1)(1)
作者简介: 张堃(1981),男,浙江大学热能工程研究所在读硕士研究生,研读方向为锅炉结渣控制及结渣机理。
煤灰中化学成分对熔融和结渣特性影响的探讨张 堃,黄镇宇,修洪雨,杨卫娟,周俊虎,岑可法(浙江大学,浙江杭州 310027)[摘 要] 煤灰中化学成分对煤灰的熔融和结渣特性的影响比较复杂。
采用SiO 2、Al 2O 3、Fe 2O 3、CaCO 3、Na 2CO 3等化学品替代煤灰中的化学成分,通过人工控制灰样的成分和含量的变化,用XRD 等测试手段,结合渣样的抗剪切强度加以分析,探讨煤灰中化学成分对熔融行为和结渣特性的影响规律。
[关键词] 煤灰;灰成分;剪切强度;熔融;结渣;化学成分[中图分类号]TK16 [文献标识码]A [文章编号]10023364(2005)12002704锅炉炉内结渣问题长期困扰电厂的运行,其中煤灰的熔融特性是影响炉内结渣的主要因素之一,而煤灰的熔融特性又受煤灰成分的影响,本文尝试用可控制成分和含量的人工灰样替代煤灰进行结渣研究。
1 试验依据和方法1.1 试验依据煤中矿物质主要有石英(SiO 2)、白云石(CaCO 3 Mg CO 3)、方解石(CaCO 3)、黄铁矿(FeS 2)以及高岭石(Al 2O 3 2SiO 2 2H 2O)等。
试验表明[1],煤中矿物成分在800 之前主要发生的化学反应有:(1)白云石受热分解CaCO 3 M gCO 3→Mg O+CaO+2CO 2(1)(2)方解石受热分解CaCO 3→CaO+CO 2(2)(3)高岭石失水转变成为偏高岭石Al 2O 3 2SiO 2 2H 2O →A l 2O 3 2SiO 2+2H 2O (3)矿物间的反应几乎没有。
当温度高于900 后偏高岭石还会分解为无定形的Al 2O 3和SiO 2[2]。
同时,众多结渣机理试验所用的高温灰化煤灰中,Fe 元素以Fe 2O 3形式存在,转化过程为:黄铁矿(FeS 2)→磁黄铁矿(Fe 1-x S,其中x =0~0.2)→磁铁矿(Fe 3O 4)→赤铁矿(Fe 2O 3)[3]。
测定煤灰熔融性的意义及影响因素
测定煤灰熔融性的意义及影响因素
煤灰熔融性是指煤在高温下产生的物质流动和化学反应，导致煤灰在一定温度下开始
熔化并流动。
测定煤灰熔融性的意义在于了解煤的燃烧特性和烟气的排放情况。
具体而言，煤灰熔融性的测定可以影响以下方面：
1. 燃烧效率和效果：煤灰是煤燃烧后剩余物质，其能够流动并聚集成块，堵塞烟道，导致热效率降低。
因此，对于煤的燃烧效率和效果的评估，煤灰熔融性的测定是必要的。
2. 烟气排放：煤的燃烧不仅会产生二氧化碳和水等普通物质，还会产生氮氧化物、
二氧化硫等污染物。
煤灰熔融性的测定可以预测出烟气中的污染物浓度，从而制定有效的
控制方案。
3. 热电工业：煤灰熔融性对热电工业的影响也很显著。
煤灰熔融性高的煤，其灰渣
流动性好，易于清除，减少电站的停机时间和维护成本。
除了以上三点，煤灰熔融性还会受到以下因素的影响：
1. 煤的成分：煤的成分是确定其灰渣熔融性的关键因素，碳含量升高，冷渣的熔融
性也会增强。
2. 温度：温度对煤灰熔融性有着巨大的影响，随着温度的升高，灰渣的熔融性也会
升高。
3. 矿物组成：煤中含有的矿物可能会影响灰渣的熔融性，其中高含量的镁铁质矿物（如辉石）会提高灰渣的熔点。
4. 物理形态：不同的形态（颗粒、粉末、块状等）的煤灰熔融性可能会不同。
常规
测试使用的灰粉末形态，对于评估煤的熔融性影响相对较小。
总之，煤灰熔融性的测定是一项十分重要的检测工作，可以为煤的燃烧和烟气排放控
制提供依据，也有利于煤电行业的发展和维护。
不同添加剂对煤灰熔融性的影响研究
不同添加剂对煤灰熔融性的影响研究添加剂作为改善煤灰熔融性的一种手段，已经得到了广泛的应用。
然而，不同的添加剂会对煤灰的熔融性产生不同的影响，因此需要进行深入研究。
一、氧化物类添加剂对煤灰熔融性的影响1. 硅酸钙、碳酸钙等碱性氧化物碱性氧化物可以中和煤灰中的酸性氧化物，从而降低煤灰的熔点。
大量的实验表明：碳酸钙可以显著降低煤灰的熔点，使生成可滴落的球形煤灰微粒。
硅酸钙和氧化钠等碱性氧化物同样具有类似的效果，但硅酸钙只有在与氧化铁的存在下才能发挥最大的作用。
此外，由于碱性氧化物容易形成低熔点的玻璃相，因此在提高煤灰抗结渣能力方面有一定的缺陷。
2. 氧化镁、氧化铝等酸性氧化物酸性氧化物可以通过与煤灰中的碱性氧化物反应，形成难熔的物质，从而提高煤灰的熔点。
实验结果表明，在氧化鎂存在下，煤灰的熔点可以提高20℃左右；在氧化铝存在下，煤灰的熔点可以提高40℃左右。
不过，值得注意的是，酸性氧化物往往会加重结渣问题，因为它们很难与其他化学物质进行反应，从而增加了煤灰的黏附性。
二、空气级配燃烧对煤灰熔融性的影响空气级配燃烧是指在燃烧时控制空气的分配比例，以调节燃烧室内氧气的浓度，从而改变燃烧过程的条件。
在实验中，发现当空气级配比例为30%时，煤灰的熔点最低，为1180℃左右；当空气级配比例为50%时，煤灰的熔点最高，可达1370℃左右。
这是因为空气级配比例的不同，会改变煤燃烧时的化学反应速率和反应程度，从而导致煤灰生成物质组成的差异，进而影响煤灰的熔点。
三、有机添加剂对煤灰熔融性的影响1. 氨水氨水是一种常用的有机添加剂，它可以与煤灰中的硫酸盐反应，从而减少硫酸盐的数量，进而减少煤灰的熔点。
实验结果表明，在燃烧过程中加入适量的氨水，可以使煤灰的熔点降低50℃左右。
2. 糖类糖类可以通过与煤灰中的氧化钙、氧化铝等形成玻璃相，从而降低煤灰的熔点。
实验结果表明，在燃烧过程中加入适量的葡萄糖，可以使煤灰的熔点降低30℃左右。
CaO对神华煤灰熔融性的影响
图 ４ Ｃ Ｃ ｈ 的 加 入 量 与 模 拟 煤 灰 熔 点 的关 系 ａ（
２ ３ Ｃ Ｏ 对灰 熔点 的影 响 ． ａ
为更 好地 了解 单一 的 Ｃ Ｏ对 灰 熔点 的影 响 ， ａ 保持 其 它组 分 的含量不 变 ， 节 Ｃ Ｏ 的 含 量从 ０ ５ 调 ａ ～４ ％进
从 图 中可 以看 出 ，煤 灰 中 Ｃ Ｃ ａ Ｏ。的 加 入 量 少 于 ２ 时 ， ５ 灰熔 点低 于 １３ ０℃ ， ０ 当加 入量 大 于 ２ 以上 ５ 时 ， 熔 点都能 超过 １３ ０℃ ， 灰 ０ 由此 确定 煤 灰 中添 加 的
赠
加入 量 在 ２ ～ ２ （ ａ 的 加 入 量 为 １ ． ～ ３ ５ ＣＯ ２４
１． ） ３ ４ 可使灰 熔点 达 到 １３ ０ ｏ ０ Ｃ。可 以看 出 ， 样 的 这
添加量 是 比较少 的 ， 本身 神华 煤 的灰分 也是 比较小 的 ，
所 以减 轻 了后 面处理 煤渣 的工 作 。
％
Ｃ Ｃ ＮａＣ ａ Ｏ３ ｚ Ｏ３ ４ ． ２４ ７ ６ ．５
Ⅲ瑚 ｍ
ｍ
２ ２ 神华煤 灰和模 拟 煤灰 的熔 融温 度 ． 为了保证 模拟 煤 灰 的可 靠 性 ， 别进 行 了 神华 煤 分 灰 和 模 拟 煤 灰 的 ４个 特 征 温 度 的试 验 以作 对 比 （ 图
ＣＣ ａ Ｏ。的 最 少 量 为 ２ ～ ３ （ ａ 的 加 入 量 为 ５ ０ ＣＯ
行 配灰 ， 进行灰 熔 点 的 测量 。Ｃ Ｏ 含 量 与 灰 溶 点 的关 ａ
系 曲线如 图 ２ 示 。 所
１ ． ～１ ． ） 模 拟 煤 灰 中 的 Ｃ Ｃ 。的加 入 量 少 ３４ ６１ ； ａＯ 于 ２ ％时灰熔 点低 于 １３ ０℃ ， ３ ０ 当加入 量 大 于 ２ 时 ３ 灰熔 点大 于 １３ ０℃ ， ０ 由此 确 定模 拟 煤 灰 中 Ｃ ＣＯ ａ 。的
Al2O3对神东煤灰渣熔体特性的影响
Al2O3对神东煤灰渣熔体特性的影响麻栋;白向飞【摘要】向神东煤灰中添加Al2O3,通过煤灰熔融性测试,分析Al2O3对神东煤灰熔融温度的影响;通过激冷实验、X射线衍射(XRD)、热重分析及热力学软件FactSage,探究Al2O3对神东煤灰熔融特性的影响机理.结果表明,Al2O3始终起到提高煤灰熔融温度的作用.在Al2O3添加量(质量分数,下同)较低时,煤灰熔融温度升高趋势较为平缓;随着Al2O3添加量继续增大,煤灰熔融温度急剧升高.通过XRD检测及热力学软件FactSage模拟分析发现,Al2O3添加量较大时,在煤灰熔融过程中其与原煤灰中的SiO2(以石英形式存在)形成了莫来石(3Al2O3·2SiO2),从而造成了煤灰熔融温度急剧升高.【期刊名称】《煤炭转化》【年(卷),期】2017(040)001【总页数】6页(P59-64)【关键词】神东煤;Al2O3;灰熔融;激冷实验;FactSage;热分析【作者】麻栋;白向飞【作者单位】煤炭科学技术研究院有限公司北京煤化工分院,100013北京;煤炭科学技术研究院有限公司北京煤化工分院,煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室,100013北京【正文语种】中文【中图分类】X784煤灰熔融特性是评价工业用煤的一个重要煤质参数，对煤炭加工利用尤其是燃烧和气化过程起着至关重要的作用[1-2].目前，工业应用的锅炉和气化炉均是消耗掉原料煤中的有机质，而剩余的无机质即煤灰则需要通过一定的方式排出.想要顺利排出这些灰渣，就必须要清楚认识煤灰的熔融特性.煤灰熔融温度是评价煤灰熔融特性最常用的手段之一[3].煤灰主要来源于煤中无机组分，煤中矿物质和其他无机组分在经历了煤的热转化过程(热解、燃烧和气化等)后，发生破裂、团聚和熔融等过程，主要形成灰和渣，并有少量无机物在升温条件下蒸发.不同的煤灰化学组成导致不同的煤灰熔融特性[4].由于煤灰主要来源于煤中的矿物质，所以煤中的矿物质组成对高温下煤灰的熔融变化起着决定性作用，学者们在此方面也进行了大量深入的研究.焦发存等[5]通过配煤改善煤灰熔融特性的研究发现，高温下矿物形态的转变是导致配煤煤灰熔融温度变化的主要原因.刘勇晶等[6]通过研究煤灰化学组成和灰熔融性之间的关系，得出提高煤灰熔融温度的最佳方法.VASSILEVA et al[7]研究了褐煤中无机矿物质在加热和热解条件下的物理化学变化及其新相的形成温度等，指出了褐煤中矿物质在氧化和热解过程中会形成很多新相.WU et al[8]研究了煤灰中矿物质的组成和煤灰熔融温度之间的关系，指出Si和Al含量较高的煤灰其灰熔融温度较高，Fe和Ca含量的增加会降低灰熔融温度.SONG et al[9]研究表明，硅铝比越高，煤灰的流动温度越高，通过FactSage计算得到煤灰中的矿物质种类也发生了变化.实验数据表明，煤灰中的Al2O3(含量一般在10%～40%之间变化)是提高灰渣熔融温度最主要的成分[10].刚玉(Al2O3)属于离子晶体，具有较为牢固的晶体结构，熔点为2 050 ℃，在煤灰熔融过程中起“骨架”作用，Al2O3含量越高，“骨架”成分越多，熔点也就越高[11-12].由于煤中矿物质组成的复杂性，以往虽进行了大量研究，但仍对煤灰熔融过程机理认识不够清楚.本实验通过向神东煤灰中添加Al2O3，采用灰熔融温度测试、激冷实验、TG-DSC和热力学软件FactSage，探究Al2O3对神东煤灰渣熔融特性的影响机理.1.1 原料的煤质分析实验煤样为神东石圪台选煤厂大柳塔煤，将神东煤破碎、缩分，制成粒度小于0.2 mm的分析样品.按照GB/T 212-2008，GB/T 214-2007，GB/T 476-2008，GB/T 1574-2008和GB/T 219-2008等对煤样进行工业分析、元素分析以及对煤灰进行灰成分和灰熔融性分析，结果见表1.实验所用的Al2O3为分析纯.由表1中煤灰成分可以看出，神东煤灰中SiO2含量比较高，而Al2O3含量较低是造成神东煤灰熔融温度较低的主要原因.因此，有必要深入探究Al2O3对神东煤灰熔融温度的具体影响以及影响机理.1.2 灰熔融性分析根据GB/T 219-2008中的角锥法，采用SDAF105b灰熔融性测试仪(最高测试温度1 500 ℃)，应用封碳法弱在还原气氛下进行灰熔融温度测试.根据标准制得灰锥，灰锥受热过程中发生软化变形，由灰锥形状的变化得到煤灰熔融过程中的四个特征温度：变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)和流动温度(FT).由煤灰熔融过程中的这四个特征温度来反映煤灰的熔融特性.1.3 激冷实验将适量煤灰样品置于坩埚中，在高温炉中加热至煤灰软化温度(ST)后恒温60 min，迅速取出投入到冷去离子水中，使其温度由1 000 ℃以上迅速降至室温，尽可能完整地保存在该温度下煤灰中的结晶矿物形态.将得到的煤灰渣样品置于105 ℃烘箱中干燥2 h，破碎、研磨至粒度达到0.075 mm后进行XRD分析.1.4 热分析实验热分析实验使用德国STA 449 F3型综合热分析仪.仪器性能指标：温度范围为室温～1 550 ℃，温度准确度为±0.1 ℃，测量精度为0.001 mg.实验条件：氩气气氛，升温速率为10 ℃/min，通气速率为50 mL/min，温度范围为室温～1350 ℃.1.5 FactSage分析FactSage是化工热力学领域常用的计算机模拟软件，主要用于计算各种反应、相平衡以及矿物之间的相互转变等.将FactSage应用于煤灰研究中对煤灰中的矿物质在受热过程中相互转变具有很重要的指导作用.运用FactSage软件中的Phase Diagram和Equilib模块可对神东煤灰及煤灰中添加Al2O3后的样品性质进行热力学平衡模拟计算.2.1 添加Al2O3对煤灰熔融温度的影响图1为Al2O3添加量对神东煤灰熔融温度的影响.由图1可以看出，随着Al2O3添加量的增加，神东煤灰熔融温度逐渐提高.添加量在25%以下时，灰熔融温度变化趋势较为平缓；添加量超过25%后，随Al2O3添加量的增加，灰熔融温度急速升高.这可能是由于Al2O3在添加量较低时与煤中的其他矿物相互作用形成了非晶质的低温共熔物.另外，Al2O3本身为熔融温度较高的物质，在Al2O3添加量较大时，过多的Al2O3以单体刚玉的形式存在，从而提高了灰熔融温度；也有可能是由于Al2O3与煤灰中的其他成分发生了反应，形成了熔融温度较高的物质，如莫来石(熔点1 850 ℃)等.2.2 激冷实验结果分析不同温度下，添加不同质量分数Al2O3的神东煤灰样品的XRD分析结果见第61页图2.由图2a可以看出，原煤灰在815 ℃下的晶体矿物主要为石英.这主要是因为，原煤灰中含有较多的SiO2，过多的SiO2只能以石英的形式存在；另外，在815 ℃下，有些矿物质的晶体结构可能已经遭到破坏.由图2b可知，在软化温度1 186 ℃下原煤灰渣的主要结晶矿物依然以石英为主，这与原煤灰样品基本相同，但是其谱峰强度明显降低，而且在该温度下噪音峰较多，可能是由于石英与其他非晶态物质发生反应或产生共熔.由图2c可以看出，当Al2O3添加量达到15%，煤灰在软化温度1 220 ℃下的主要结晶矿物除了石英之外，还有一定量的刚玉存在，可见添加的Al2O3在该温度下形成了刚玉晶体.由图2d可知，当Al2O3的添加量达到35%，煤灰在软化温度1 287 ℃下，石英的特征峰消失，而主要结晶矿物为刚玉和莫来石(3Al2O3·2SiO2).由此可见，在该温度下煤灰中原有的石英(SiO2)与添加的Al2O3发生反应形成了莫来石，反应方程式如下：图2 不同Al2O3添加量下神东煤灰的XRD谱Fig.2 XRD spectrum of Shendong coal ash with different mass fraction of Al2O3a,b—Raw coal ash；c—15% Al2O3；d—35% Al2O3；e—50% Al2O3； Q—Quartz；C—Corundum；M—Mullite由图2e可知，当Al2O3的添加量达到50%，煤灰在软化温度1 494 ℃下，结晶矿物莫来石的峰形更加明显，其质量分数占到该温度下晶体矿物的绝大部分.由此可见，在Al2O3添加量较高时，原煤中的石英与Al2O3生成大量的莫来石，再加上部分以刚玉形式存在的Al2O3，从而造成灰熔融温度快速升高，这与灰熔融温度测试结果相一致.2.3 热重实验结果分析矿物之间的反应以及矿物发生相变都伴随着热量的变化，所以可以利用分辨率较高的热分析仪，通过热分析曲线来研究矿物热行为的变化[13].原煤灰及向煤灰中添加不同质量分数的Al2O3后进行的热分析实验所得TG-DSC曲线见第62页图3.由图3可以看出，在1 000 ℃～1 100 ℃发生明显的放热，据推测在该温度区间，矿物之间发生相互作用或产生了相变(液相开始形成).1 100 ℃左右达到峰值，此时，矿物之间相互作用产生的吸热和放热达到短暂平衡，之后由于液相的存在，并且液相生成量逐渐增多，随温度升高会吸收一定热量，开始以吸热为主.图3 煤灰TG-DSC分析曲线Fig.3 TG-DSC curves of coal ash1—Raw coal ash；2—15% Al2O3；3—35% Al2O3；4—50% Al2O32.4 FactSage模拟结果分析图4为根据神东煤灰化学组成中的主要成分SiO2，Al2O3，CaO和FeO，采用热力学分析软件FactSage中的Phase Diagram模块做的三元相图.其中，FeO与CaO的质量比为1.759.图4中黑色圆点代表相应的煤灰化学组成在相图中所对应的位置，最左侧为原煤灰，从左向右依次代表Al2O3添加量为15%，25%，35%，45%和50%时的煤灰.由图4可以看出，随着Al2O3添加量的增加，对应的煤灰成分在相图中的位置逐渐由石英初晶区向莫来石初晶区移动.从这里也可以看出，莫来石的形成是造成Al2O3添加量较大时，煤灰熔融温度急速升高的重要因素.这与激冷实验和XRD分析结果相一致.图4 SiO2-Al2O3-CaO-FeO拟合三元相图Fig.4 Phase diagram of SiO2-Al2O3-CaO-FeO图5为利用FactSage Equilib模块模拟煤灰中矿物质随温度的变化情况.由图5可以看出，煤灰中矿物成分为长石类矿物质，但是XRD分析中并未检测到长石类矿物的存在，这可能是由于在815 ℃下煤灰中长石类矿物的晶体结构已经遭到破坏.由4条液相曲线可以看出，煤灰样品在升温过程中液相均是在1 000 ℃～1 100 ℃之间开始生成的.由图5a和图5b可知，Al2O3添加量较低时，液相生成曲线斜率较大，即随温度升高液相生成量快速增加.由图5c和图5d可知，在Al2O3添加量较高时，液相生成曲线变化趋势相对平缓，这相比于前面的灰熔融温度变化趋势是一致的.在煤灰样品流动温度(FT)下液相生成量均占到80%以上.Al2O3添加量为50%时，由于流动温度(FT)大于1 500 ℃，在1 500 ℃下仍然有相当数量的莫来石和刚玉存在.另外，由图5c和图5d可以看出，莫来石是在1 000 ℃以后开始形成的，1 100 ℃～1 200 ℃之间大量生成莫来石，这与激冷实验和XRD分析结果相符.图5 FactSage Equilib模块模拟煤灰中矿物质和液相随温度的变化Fig.5 Minerals and liquid varies in coal ash with tempera- ture by FactSage Equilib module simulationa—Coal ash；b—15%Al2O3；c—35%Al2O3；d—50%Al2O3□—Feldspar；○—Corundum；△—Nepheline；▲—Cordicrite；▽—Rutile；▼—Orthopyroxene；◇—Quartz；◁—Spinel；▷—Mullite；☆—Liquid3 结论1) 对于神东煤，Al2O3始终起着提高煤灰熔融温度的作用，Al2O3添加量较低时，煤灰熔融温度变化趋势较为平缓，添加量较高时煤灰熔融温度急剧升高.2) 通过XRD分析实验和FactSage三元相图分析得出，Al2O3添加量较大时，熔融温度较高的莫来石的形成是造成神东煤灰熔融温度急剧升高的重要因素.3) 通过热重分析及FactSage中的Equilib模块分析发现，随温度升高神东煤灰中液相是在1 000 ℃～1 100 ℃之间形成的，莫来石也是在该温度区间开始形成，并且在1 100 ℃～1 200 ℃之间大量生成莫来石.参考文献：Effect of Al2O3 on Shendong Coal Ash Fusion CharacteristicsMA Dong1 BAI Xiangfei1,2(1.Beijing Research Institute of Coal Chemistry, China Coal Research Institute, 100013 Beijing;2.State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization, 100013 Beijing)ABSTRACT：The influence of Al2O3 on Shendong coal ash fusion temperature was investigated by adding various amounts of Al2O3. The impact mechanism of Al2O3 on Shendong coal ash fusion characteristics was explored using quench experiments, XRD, TG-DSC and thermodynamic software FactSage. The results show that with the increase of addition amount of Al2O3, the ash fusion temperature (AFT) rises gentle first and then zooms up. Through XRD and thermal analysis software FactSage, it is found that Al2O3 reacts with SiO2 derived from the original coal ash composition (in the form of quartz ) to form mullite(3Al2O3O2SiO2) in ash fusion process, which resulting in the sharp rise of coal ash fusion temperature with a higher added amount of Al2O3. KEYWORDS：Shendong coal, Al2O3, ash fusion characteristics, quench experiments, FactSage, thermal analysis* 国家重点研发计划项目(2016YFB0600301). 1) 硕士生，煤炭科学技术研究院有限公司北京煤化工分院，100013 北京；2) 博士、研究员，煤炭科学技术研究院有限公司北京煤化工分院，煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，100013 北京收稿日期：2016-07-14；修回日期：2016-09-12中图分类号：X7842.2 激冷实验结果分析不同温度下，添加不同质量分数Al2O3的神东煤灰样品的XRD分析结果见第61页图2.由图2a可以看出，原煤灰在815 ℃下的晶体矿物主要为石英.这主要是因为，原煤灰中含有较多的SiO2，过多的SiO2只能以石英的形式存在；另外，在815 ℃下，有些矿物质的晶体结构可能已经遭到破坏.由图2b可知，在软化温度1 186 ℃下原煤灰渣的主要结晶矿物依然以石英为主，这与原煤灰样品基本相同，但是其谱峰强度明显降低，而且在该温度下噪音峰较多，可能是由于石英与其他非晶态物质发生反应或产生共熔.由图2c可以看出，当Al2O3添加量达到15%，煤灰在软化温度1 220 ℃下的主要结晶矿物除了石英之外，还有一定量的刚玉存在，可见添加的Al2O3在该温度下形成了刚玉晶体.由图2d可知，当Al2O3的添加量达到35%，煤灰在软化温度1 287 ℃下，石英的特征峰消失，而主要结晶矿物为刚玉和莫来石(3Al2O3·2SiO2).由此可见，在该温度下煤灰中原有的石英(SiO2)与添加的Al2O3发生反应形成了莫来石，反应方程式如下：由图2e可知，当Al2O3的添加量达到50%，煤灰在软化温度1 494 ℃下，结晶矿物莫来石的峰形更加明显，其质量分数占到该温度下晶体矿物的绝大部分.由此可见，在Al2O3添加量较高时，原煤中的石英与Al2O3生成大量的莫来石，再加上部分以刚玉形式存在的Al2O3，从而造成灰熔融温度快速升高，这与灰熔融温度测试结果相一致.2.3 热重实验结果分析矿物之间的反应以及矿物发生相变都伴随着热量的变化，所以可以利用分辨率较高的热分析仪，通过热分析曲线来研究矿物热行为的变化[13].原煤灰及向煤灰中添加不同质量分数的Al2O3后进行的热分析实验所得TG-DSC曲线见第62页图3.由图3可以看出，在1 000 ℃～1 100 ℃发生明显的放热，据推测在该温度区间，矿物之间发生相互作用或产生了相变(液相开始形成).1 100 ℃左右达到峰值，此时，矿物之间相互作用产生的吸热和放热达到短暂平衡，之后由于液相的存在，并且液相生成量逐渐增多，随温度升高会吸收一定热量，开始以吸热为主.图3 煤灰TG-DSC分析曲线Fig.3 TG-DSC curves of coal ash1—Raw coal ash；2—15% Al2O3；3—35% Al2O3；4—50% Al2O32.4 FactSage模拟结果分析图4为根据神东煤灰化学组成中的主要成分SiO2，Al2O3，CaO和FeO，采用热力学分析软件FactSage中的Phase Diagram模块做的三元相图.其中，FeO与CaO的质量比为1.759.图4中黑色圆点代表相应的煤灰化学组成在相图中所对应的位置，最左侧为原煤灰，从左向右依次代表Al2O3添加量为15%，25%，35%，45%和50%时的煤灰.由图4可以看出，随着Al2O3添加量的增加，对应的煤灰成分在相图中的位置逐渐由石英初晶区向莫来石初晶区移动.从这里也可以看出，莫来石的形成是造成Al2O3添加量较大时，煤灰熔融温度急速升高的重要因素.这与激冷实验和XRD分析结果相一致.图4 SiO2-Al2O3-CaO-FeO拟合三元相图Fig.4 Phase diagram of SiO2-Al2O3-CaO-FeO图5为利用FactSage Equilib模块模拟煤灰中矿物质随温度的变化情况.由图5可以看出，煤灰中矿物成分为长石类矿物质，但是XRD分析中并未检测到长石类矿物的存在，这可能是由于在815 ℃下煤灰中长石类矿物的晶体结构已经遭到破坏.由4条液相曲线可以看出，煤灰样品在升温过程中液相均是在1 000 ℃～1 100 ℃之间开始生成的.由图5a和图5b可知，Al2O3添加量较低时，液相生成曲线斜率较大，即随温度升高液相生成量快速增加.由图5c和图5d可知，在Al2O3添加量较高时，液相生成曲线变化趋势相对平缓，这相比于前面的灰熔融温度变化趋势是一致的.在煤灰样品流动温度(FT)下液相生成量均占到80%以上.Al2O3添加量为50%时，由于流动温度(FT)大于1 500 ℃，在1 500 ℃下仍然有相当数量的莫来石和刚玉存在.另外，由图5c和图5d可以看出，莫来石是在1 000 ℃以后开始形成的，1 100 ℃～1 200 ℃之间大量生成莫来石，这与激冷实验和XRD分析结果相符.图5 FactSage Equilib模块模拟煤灰中矿物质和液相随温度的变化Fig.5 Minerals and liquid varies in coal ash with tempera- ture by FactSage Equilib module simulationa—Coal ash；b—15%Al2O3；c—35%Al2O3；d—50%Al2O3□—Feldspar；○—Corundum；△—Nepheline；▲—Cordicrite；▽—Rutile；▼—Orthopyroxene；◇—Quartz；◁—Spinel；▷—Mullite；☆—Liquid3 结论1) 对于神东煤，Al2O3始终起着提高煤灰熔融温度的作用，Al2O3添加量较低时，煤灰熔融温度变化趋势较为平缓，添加量较高时煤灰熔融温度急剧升高.2) 通过XRD分析实验和FactSage三元相图分析得出，Al2O3添加量较大时，熔融温度较高的莫来石的形成是造成神东煤灰熔融温度急剧升高的重要因素.3) 通过热重分析及FactSage中的Equilib模块分析发现，随温度升高神东煤灰中液相是在1 000 ℃～1 100 ℃之间形成的，莫来石也是在该温度区间开始形成，并且在1 100 ℃～1 200 ℃之间大量生成莫来石.参考文献：Effect of Al2O3 on Shendong Coal Ash Fusion CharacteristicsMA Dong1 BAI Xiangfei1,2(1.Beijing Research Institute of Coal Chemistry, China Coal Research Institute, 100013 Beijing;2.State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization, 100013 Beijing)ABSTRACT：The influence of Al2O3 on Shendong coal ash fusion temperature was investigated by adding various amounts of Al2O3. The impact mechanism of Al2O3 on Shendong coal ash fusion characteristics was explored using quench experiments, XRD, TG-DSC and thermodynamic software FactSage. The results show that with the increase of addition amount of Al2O3, the ash fusion temperature (AFT) rises gentle first and then zooms up. Through XRD and thermal analysis software FactSage, it is found that Al2O3 reacts with SiO2 derived from the original coal ash composition (in the form of quartz ) to form mullite(3Al2O3O2SiO2) in ash fusion process, which resulting in the sharp rise of coal ash fusion temperature with a higher added amount of Al2O3. KEYWORDS：Shendong coal, Al2O3, ash fusion characteristics, quench experiments, FactSage, thermal analysis* 国家重点研发计划项目(2016YFB0600301). 1) 硕士生，煤炭科学技术研究院有限公司北京煤化工分院，100013 北京；2) 博士、研究员，煤炭科学技术研究院有限公司北京煤化工分院，煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，100013 北京收稿日期：2016-07-14；修回日期：2016-09-12中图分类号：X784由图2e可知，当Al2O3的添加量达到50%，煤灰在软化温度1 494 ℃下，结晶矿物莫来石的峰形更加明显，其质量分数占到该温度下晶体矿物的绝大部分.由此可见，在Al2O3添加量较高时，原煤中的石英与Al2O3生成大量的莫来石，再加上部分以刚玉形式存在的Al2O3，从而造成灰熔融温度快速升高，这与灰熔融温度测试结果相一致.2.3 热重实验结果分析矿物之间的反应以及矿物发生相变都伴随着热量的变化，所以可以利用分辨率较高的热分析仪，通过热分析曲线来研究矿物热行为的变化[13].原煤灰及向煤灰中添加不同质量分数的Al2O3后进行的热分析实验所得TG-DSC曲线见第62页图3.由图3可以看出，在1 000 ℃～1 100 ℃发生明显的放热，据推测在该温度区间，矿物之间发生相互作用或产生了相变(液相开始形成).1 100 ℃左右达到峰值，此时，矿物之间相互作用产生的吸热和放热达到短暂平衡，之后由于液相的存在，并且液相生成量逐渐增多，随温度升高会吸收一定热量，开始以吸热为主.2.4 FactSage模拟结果分析图4为根据神东煤灰化学组成中的主要成分SiO2，Al2O3，CaO和FeO，采用热力学分析软件FactSage中的Phase Diagram模块做的三元相图.其中，FeO与CaO的质量比为1.759.图4中黑色圆点代表相应的煤灰化学组成在相图中所对应的位置，最左侧为原煤灰，从左向右依次代表Al2O3添加量为15%，25%，35%，45%和50%时的煤灰.由图4可以看出，随着Al2O3添加量的增加，对应的煤灰成分在相图中的位置逐渐由石英初晶区向莫来石初晶区移动.从这里也可以看出，莫来石的形成是造成Al2O3添加量较大时，煤灰熔融温度急速升高的重要因素.这与激冷实验和XRD分析结果相一致.图5为利用FactSage Equilib模块模拟煤灰中矿物质随温度的变化情况.由图5可以看出，煤灰中矿物成分为长石类矿物质，但是XRD分析中并未检测到长石类矿物的存在，这可能是由于在815 ℃下煤灰中长石类矿物的晶体结构已经遭到破坏.由4条液相曲线可以看出，煤灰样品在升温过程中液相均是在1 000 ℃～1 100 ℃之间开始生成的.由图5a和图5b可知，Al2O3添加量较低时，液相生成曲线斜率较大，即随温度升高液相生成量快速增加.由图5c和图5d可知，在Al2O3添加量较高时，液相生成曲线变化趋势相对平缓，这相比于前面的灰熔融温度变化趋势是一致的.在煤灰样品流动温度(FT)下液相生成量均占到80%以上.Al2O3添加量为50%时，由于流动温度(FT)大于1 500 ℃，在1 500 ℃下仍然有相当数量的莫来石和刚玉存在.另外，由图5c和图5d可以看出，莫来石是在1 000 ℃以后开始形成的，1 100 ℃～1 200 ℃之间大量生成莫来石，这与激冷实验和XRD分析结果相符.3 结论1) 对于神东煤，Al2O3始终起着提高煤灰熔融温度的作用，Al2O3添加量较低时，煤灰熔融温度变化趋势较为平缓，添加量较高时煤灰熔融温度急剧升高.2) 通过XRD分析实验和FactSage三元相图分析得出，Al2O3添加量较大时，熔融温度较高的莫来石的形成是造成神东煤灰熔融温度急剧升高的重要因素.3) 通过热重分析及FactSage中的Equilib模块分析发现，随温度升高神东煤灰中液相是在1 000 ℃～1 100 ℃之间形成的，莫来石也是在该温度区间开始形成，并且在1 100 ℃～1 200 ℃之间大量生成莫来石.参考文献：Effect of Al2O3 on Shendong Coal Ash Fusion CharacteristicsMA Dong1 BAI Xiangfei1,2(1.Beijing Research Institute of Coal Chemistry, China Coal Research Institute, 100013 Beijing;2.State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization, 100013 Beijing)ABSTRACT：The influence of Al2O3 on Shendong coal ash fusiontemperature was investigated by adding various amounts of Al2O3. The impact mechanism of Al2O3 on Shendong coal ash fusion characteristics was explored using quench experiments, XRD, TG-DSC and thermodynamic software FactSage. The results show that with the increase of addition amount of Al2O3, the ash fusion temperature (AFT) rises gentle first and then zooms up. Through XRD and thermal analysis software FactSage, it is found that Al2O3 reacts with SiO2 derived from the original coal ash composition (in the form of quartz ) to form mullite(3Al2O3O2SiO2) in ash fusion process, which resulting in the sharp rise of coal ash fusion temperature with a higher added amount of Al2O3. KEYWORDS：Shendong coal, Al2O3, ash fusion characteristics, quench experiments, FactSage, thermal analysis* 国家重点研发计划项目(2016YFB0600301). 1) 硕士生，煤炭科学技术研究院有限公司北京煤化工分院，100013 北京；2) 博士、研究员，煤炭科学技术研究院有限公司北京煤化工分院，煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，100013 北京收稿日期：2016-07-14；修回日期：2016-09-12中图分类号：X7841) 对于神东煤，Al2O3始终起着提高煤灰熔融温度的作用，Al2O3添加量较低时，煤灰熔融温度变化趋势较为平缓，添加量较高时煤灰熔融温度急剧升高.2) 通过XRD分析实验和FactSage三元相图分析得出，Al2O3添加量较大时，熔融温度较高的莫来石的形成是造成神东煤灰熔融温度急剧升高的重要因素.3) 通过热重分析及FactSage中的Equilib模块分析发现，随温度升高神东煤灰中液相是在1 000 ℃～1 100 ℃之间形成的，莫来石也是在该温度区间开始形成，并且在1 100 ℃～1 200 ℃之间大量生成莫来石.【相关文献】[1] 刘硕，周安宁，杨伏生，等.氧化物添加剂对羊场湾煤灰熔融特性的影响[J].煤炭学报,2015,40(12):2954-2960.LIU Shuo,ZHOU Anning,YANG Fusheng,et al.Effect of Oxide Additives on Yangchangwan Coal Ash Fusion Characteristics[J].Journal of China Coal Society,2015,40(12):2954-2960. 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煤灰熔点的影响因素及降低方法研究
20世纪70年代石油危机加速了煤炭气化技术的发展，现今已形成了多种煤气化方法。
主要特征为煤在气化炉中，在高温下发生气化反应，使煤固体转为气体，仅剩下少许含灰残渣。
煤气化技术较多，目前以固体床、气流床、流化床等气化技术为主。
煤灰熔融特性在煤气化设计、运行中具重要作用，对煤气化过程中安全性、经济性均有较大影响。
因此开车煤灰熔点影响因素研究，提出降低煤灰熔点的技术方法，对煤气化技术有重要意义。
1 煤灰融特性的影响因素分析1.1 煤灰成分煤灰成分常用氧化物形式表示，通过化学分析表明，煤灰成分主要由SiO2、A12O3、TiO等酸性氧化物，MgO、Na2O、CaO、Fe2O3等碱性氧化物组成。
酸性氧化物对提高煤灰熔点有重要作用，含量增加，煤灰熔点增加，反之亦然。
而碱性氧化物可降低煤灰熔点。
可用离子势来解释其氧化物对煤灰熔点的影响，酸性氧化物以酸性离子为主，酸性离子离子势较高，碱性离子则较低，高势的酸性阳离子和氧易结合可合成复杂离子和多聚物，氧来源于碱性阳离子，其可以终止多聚物进一步聚集，从而表现出助熔性。
对我国煤灰成分进行研究表明，碱性金属氧化物呈游离态降低煤灰熔点，而实际上绝大部分煤灰中碱性金属氧化物以伊利石形态存在，在受热过程中析出较少，降低了助熔效果；当碱性氧化物达到40%以上，酸性氧化物和碱性氧化物会发生固相反应，产生较低熔点的共熔体，从而进一步降低灰熔点；质量分数小于40%则降低灰熔点效果降低。
1.2 煤灰矿物组成（1）煤灰中矿物组成煤灰中矿物质指煤中的非煤无机质，矿物质数量、成分以及组分与煤的种类有关，且差别较大，其与产地、分布以及开采、运输等的影响。
煤矿物质主要分为固有和外来矿物质两部分，固有成分是成碳植物中的不可燃部分，占6%左右；外来矿物质是矿区周围矿物质碎粒片。
对煤灰进行分析表明其中主要矿物质包括：莫来石、粘土矿物、石英、硅酸钙、赤铁矿、黄长石以及硬石膏。
煤灰中的矿物质可进一步分为耐熔矿物和助熔矿物，耐熔矿物包括石英、莫来石、偏高岭石以及金红石，助熔矿物包括酸性斜长石、硅酸钙、石膏以及赤铁矿。
Al2O3对神东煤灰渣熔体特性的影响
形 成温 度等 ， 指 出 了褐 煤 中矿 物质 在 氧化 和热 解 过
Ｓ ａ ｇ ｅ 计算 得 到煤 灰 中 的矿 物 质 种类 也 发 生 了 变化 ． 实 验数 据 表 明 ， 煤灰 中的 Ａｌ Ｏ 。 （ 含量 一般 在 １ Ｏ ～
４ Ｏ 之间变 化） 是 提 高 灰 渣 熔 融 温 度 最 主 要 的 成
炉均 是消 耗掉 原料 煤 中 的有 机 质 ， 而 剩 余 的 无 机质
采 用 灰熔 融温 度测 试 、 激 冷 实验 、 Ｔ Ｇ— ＤＳ Ｃ和热 力学
软件 Ｆ ａ ｃ ｔ Ｓ ａ ｇ ｅ ， 探 究 Ａ１ Ｏ。 对 神 东煤 灰 渣 熔 融 特性
的影 响机理 ．
煤灰 主要来 源 于煤 中的矿 物质 ， 所 以煤 中 的矿 物 质 组 成 对 高温 下煤灰 的熔 融 变 化 起 着决 定 性 作 用 ， 学 者们在此方 面也进行 了大量 深入 的研究． 焦 发 存
等 通 过 配 煤 改善 煤 灰 熔 融特 性 的研 究 发 现 ， 高温
１ 实 验 部 分
１ ． １ 原 料 的 煤 质 分 析
下 矿 物形态 的转变是 导 致配煤 煤 灰熔 融温 度变 化 的
主 要 原 因． 刘 勇 晶等 ＿ ６ ］ 通 过 研 究煤 灰 化 学 组成 和灰
熔 融性 之 间的关 系 ， 得 出提 高 煤 灰熔 融 温度 的最 佳
点也 就越 高口 ］ ． 由于煤 中矿 物质 组成 的复 杂性 ， 以
不同添加剂对煤灰熔融性的影响研究
不同添加剂对煤灰熔融性的影响研究煤灰熔融性是指煤中的灰分在燃烧过程中熔融的倾向程度，是影响煤燃烧过程和锅炉操作的重要因素之一。
添加剂可以通过改变煤灰的物化性质，调节煤灰熔融性，提高煤燃烧效率和锅炉操作稳定性。
目前，煤灰添加剂的研究主要集中在两个方面：一是煤灰添加剂对煤灰中无机物组成和微观结构的影响；二是煤灰添加剂对煤灰的熔融性和晶体形态的影响。
研究表明，不同类型的添加剂对煤灰熔融性有不同的影响。
常见的煤灰添加剂包括石灰、硅酸盐、煤炭焦、CaO、Ca(OH)2等。
石灰是一种常用的添加剂，可以显著提高煤灰的熔融温度和熔融特性，降低煤灰的粘结倾向。
石灰还可以与煤灰中的硫形成硫酸钙，减少煤灰中的硫排放。
硅酸盐可以改变煤灰中硅酸盐的比例和结构，影响其熔融特性。
煤炭焦则可以通过催化作用提高煤灰的熔融活性，促进无机物的固化和结晶。
添加剂的添加量也会对煤灰熔融性产生影响。
适量添加添加剂可以有效降低煤灰的熔融性，提高煤炭的可燃性和燃烧效率。
添加剂添加过多会使煤灰的熔融温度升高，导致炉膛温度过高和燃烧条件的不稳定。
在实际应用中需要合理控制添加剂的添加量，以达到最佳效果。
在煤灰添加剂的选择方面，需要考虑不同添加剂的熔融温度、溶解性能、催化作用等特性。
研究发现，不同类型的煤灰在燃烧过程中的熔融特性有所不同，对于不同煤种和煤灰中的无机物组成，需要选择适合的添加剂进行研究和应用。
添加剂可以通过调节煤灰的物化性质，改变煤灰的熔融性，提高煤燃烧效率和锅炉操作稳定性。
未来的研究可以进一步探索不同类型的煤灰添加剂对煤灰熔融性的影响机制，并结合实际应用需求，开发出更加有效和可持续的煤灰添加剂。
煤灰中化学成分对煤灰熔融性的影响
煤灰中化学成分对煤灰熔融性的影响王岩凰(汾西矿业集团煤质处煤质检测中心,山西介休032000)摘要:选取了某煤田中10种煤样按照国家标准G B/T1574-2007做灰成分分析,之后将煤的灰化学成分为八种氧化物,通过这八种氧化物在煤灰中的含量,分析煤灰化学成分的性质对煤灰熔融特性的影响,可以发现煤灰的熔融温度并不是由一种化学成分所决定的,而是煤灰中每一种氧化物都会影响煤灰的熔融性,但是由于煤中氧化物含量的差别较大,因此煤灰中每种氧化物对于煤灰熔融性的影响,以及煤灰中氧化物之间的关联程度也是大不相同的㊂关键词:煤灰;熔融性;化学成分中图分类号:T Q533文献标识码:A 文章编号:1006-7981(2020)09-0042-02煤灰作为一种多种矿物质混合物质,煤灰中的矿物质在高温下并不是单一的反应,而是矿物质与矿物质之间㊁矿物质与气氛之间㊁矿物质与压强之间都会反应,因此其在高温下各种矿物质的热转化行为是难以确定的[1-2]㊂目前较为先进的测试方法还难以普及,因此各国学者通常把煤灰成分用S i O2㊁A l2O3㊁F e2O3㊁C a O㊁M g O㊁T i O2㊁N a2O㊁K2O㊁S O3和P2O510中氧化物来描述,但是由于S O3和P2O5在高温下含量较少,本文在研究煤灰熔融关系时通常仅考虑前8种氧化物的影响[3-5]㊂煤灰熔融温度特性也是动力用煤和气化用煤的一项重要质量标准,是影响煤灰性能的一个重要因素㊂1煤灰化学成分中酸性氧化物对煤灰熔融性的影响煤灰是由多种无机矿物组成的复杂混合物,因此煤灰的熔融转化温度并不是固定的㊂当煤灰在不断加热过程中,煤灰的物态变化逐渐由固态转变为液态,同时并没有较为明显的温度值,研究者们通常将煤灰的这种特性称作煤灰的熔融特性㊂1.1二氧化硅煤灰中的矿物组成中基本都含有S i O2,一般情况下S i O2是煤灰化学组分中含量最多的成分㊂本文选取了鄂尔多斯地区20种煤样,其中S i O2的含量所占比例达到30%~55%之间,而相应的熔融温度在1150ħ~1350ħ之间㊂二氧化硅含量在30% ~55%之间时,煤灰的熔融温度呈现出有增有减的态势,但是整体的趋势是随着S i O2的含量的增加,煤灰的流动温度也呈现出缓慢增加的趋势,这是由于煤灰中的S i O2主要以非晶体的形式存在,很容易与其他一些金属和非金属在一定的气氛条件下形成玻璃体物质㊂玻璃体物质没有固定的熔点,具有无定型结构,因此玻璃体物质随着温度的升高而变软,并开始流动,之后完全变成液体㊂煤灰中的S i O2含量越高,形成的玻璃体成分越多,所以煤灰的流动温度也随着S i O2含量的增加而增加㊂同时由于玻璃体会改变煤焦颗粒或孔道的连接方式,使得气化煤无法充分的燃烧,造成气化煤的浪费㊂1.2氧化铝煤灰中A l2O3的含量一般情况下较S i O2的含量低,大部分的煤灰矿物质组分中,A l2O3的含量为15%~30%㊂由于A l2O3自身的熔融温度较高,因此A l2O3能够显著增高煤灰的灰熔融温度㊂当煤灰中的A l2O3超过17%时,煤灰熔融温度随着A l2O3含量的增加很难看出熔融温度的增减趋势㊂从离子势角度分析,煤灰中的A l3+的离子势较高,因此易于氧结合形成复杂的离子或多聚物,使得煤灰的熔融温度进一步升高㊂2煤灰化学成分中碱性氧化物对煤灰熔融性的影响2.1氧化铁煤灰中F e2O3的含量变化较大,一部分是煤中的黄铁矿在汽化炉内氧化成为F e2O3,另一部分是气化煤中自身含有赤铁矿㊂F e2O3作为碱金属可以起到降低熔融温度的作用,这是因为F e2+是氧的给予体,极易与C a O㊁S i O2㊁A l2O3㊁M g O等形成低熔点共同体,从而起到助熔的作用㊂而F e2O3的助熔效果与气化反应的气氛性质有着很大的关系,在氧化或弱还原的气氛下一定量的F e2O3一般情况下24内蒙古石油化工2020年第9期收稿日期:2020-06-15作者简介:王岩凰(1982-),女,山西省介休市人,现在汾西矿业(集团)有限责任公司煤质处煤质检测中心工作㊂均起到降低灰熔点熔融温度的作用㊂本实验的气氛性质是弱还原气氛,从而煤灰熔融温度随着F e2O3含量的增加而降低,但是由于F e2O3本身的熔点较高,因此当F e2O3超过一定含量后,会起到阻熔的作用㊂2.2氧化钙不难发现C a O的含量变化较大,台格庙煤样中C a O的含量为1.11%,而布尔洞煤样中C a O的含量为27.98%,这是由于煤的变质程度不同所造成的㊂C a O属于碱金属氧化物,很容易和S i O2等酸性氧化物作用形成熔点较低的硅铝酸盐,故C a O一般均起到降低煤灰熔融温度的作用㊂C a O本身的熔点较高,但是一定量的C a O有助熔作用,是形成低熔点共熔体的重要组成部分,C a O可以和A l2O3㊁S i O2形成长石(钙长石C a[A l2S i2O3]㊁钙黄长石C a[A l2S i O7])高温下这些长石不稳定,它们之间易发生相互转化,因此一定含量下的C a O会使得煤灰熔融温度降低,起到助熔的作用㊂2.3氧化镁M g O的含量在0.7%~2.8%之间,煤灰中M g O的含量相对较少㊂M g O同C a O的作用类似,是形成低熔点共熔体的组成部分,一般均起到降低煤灰熔融温度的作用,随着M g O含量的增加煤灰熔融性整体呈现降低的趋势㊂虽然M g O自身熔点较高,但是一方面因为M g O在气化煤中含量较低,另一方面在高温下M g O并不是以氧化物的形式存在,因此M g O一般只起到助熔的效果㊂2.4氧化钾和氧化钠N a2O对煤灰的沉积有重要的作用:煤灰中的N a2O含量每增加1%,煤灰的S T就下降17ħ㊂从在煤灰中的含量而言,相较于M g O而言,煤灰中的N a2O和K2O含量更少,N a2O和K2O含量之和大部分都在3%以内㊂N a2O和K2O相较于其他碱金属氧化物而言降低煤灰熔融温度的效果更佳显著,随着N a2O和K2O含量的增加,煤灰熔融温度随之降低㊂但是大部分煤灰中的K2O是作为伊利石组成存在的一部分,而伊利石受热直至融化仍然无法析出K2O,因此这就使得煤灰中的K2O对于煤灰的助熔作用大大降低㊂3煤灰中化学成分对煤灰熔融性的影响分析通过上述实验数据可知,S i O2㊁A l2O3是煤灰化学组分中含量最多的成分,它们对于煤灰的熔融温度通常起到阻容的效果,通过图1可以发现二氧化硅含量在30%~55%之间时,煤灰的熔融温度呈现出有增有减的态势,但是整体的趋势是随着S i O2的含量的增加,煤灰的流动温度也呈现出缓慢增加的趋势㊂随着A l2O3含量的增加很难看出煤灰熔融温度的增减趋势㊂一般情况下,当硅铝比小于3,C a O含量小于30%时,煤灰熔融温度较低,F e2O3含量在20%以内能起到降低灰熔融温度的作用,当C a O含量超过30%以及F e2O3含量超过20%时,通常会生产单体C a O㊁F e O,而单体C a O㊁F e O具有较高的熔融温度,使熔融温度呈上升趋势㊂由于N a2O㊁K2O㊁M g O 三者在煤灰中含量较少,因此不予考虑㊂从上述9种氧化物含量对煤灰熔融温度影响的增减趋势看,煤灰的熔融温度是由多种氧化物共同决定的,煤灰中各个氧化物在一定得含量下互相影响,有助于降低煤灰的熔融温度,但是当某种氧化物含量过高时,它对于气化用煤而言,阻熔效果要大于助熔效果,反之亦然㊂同时根据上述研究可以发现,煤灰中的氧化物是共同作用于气化用煤的,它们之间在高温下互相反应,抑制或共同形成聚合物㊂4结论通过选用部分煤矿煤样,从煤灰中的矿物质及其氧化物对气化用煤排渣的影响出发,结合对煤灰的物相及化学成分分析,分析其对灰熔融性的影响㊂得出煤灰中的酸性氧化物可以阻容的效果,而煤灰中碱性氧化物在一定的含量下可以起到助熔的效果,但是当碱性氧化物含量过高时,由于碱性氧化物自身的熔融转化温度较高,因此在此时就会起到阻容的作用㊂对比酸性氧化物与碱性氧化物随含量递增与煤灰熔融温度之间关系,可以发现煤灰的熔融温度并不是由一种氧化物所决定的,而是多种氧化物共同作用于煤灰的熔融温度㊂[参考文献][1]王春波,杨枨钧,陈亮.基于煤灰矿物相特性的灰熔点预测[J].动力工程学报,2016,36(01):7-15.[2]徐志明,郑娇丽,文孝强.基于偏最下二乘回归的灰熔点预测[J].动力工程学报,2010,30(10):788-792.[3]李建中,周昊,王春林,等.支持向量机技术在动力配煤中灰熔点预测的应用[J].煤炭学报,2017,32(1):81-84.[4]刘彦鹏,仲玉芳,钱积新,等.蚁群前馈神经网络在煤灰熔点预测中的应用[J].热力发电,2007,36(8):23-26.[5]文孝强,徐志明,孙灵芳,等.煤灰软化温度建模与预测[J].煤炭学报,2018,36(05):861-866.[6]孙景阳.浅谈鄂尔多斯煤炭洗选加工总体规划的必要性[J].选煤技术,2013,12(06):90-92.342020年第9期王岩凰煤灰中化学成分对煤灰熔融性的影响。
灰熔点及灰黏度影响因素分析1
灰熔点及灰黏度影响因素分析1 晋煤集团863项目执行办负责人:马伟2012-7-30煤灰分析为了深入探讨煤灰熔点及煤灰粘度的影响因素～分析晋城煤种的适合气化技术～经过仔细讨论～形成本报告～报告内容为:煤灰熔点影响因素、煤灰粘度影响因素、晋城煤种和神木煤种比较、改善煤灰粘度的方法及煤灰粘度对水冷壁的影响。
一、煤灰熔融性(灰熔点)影响因素根据氧化物对煤灰熔融温度的影响～通常将氧化硅,SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铁(Fe2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钛(TiO2)、氧化钠(Na2O)和氧化钾(K2O)这八种氧化物分为两类:一类为酸性氧化物(SiO2、Al2O3和TiO2,～主要作用是提高煤灰的熔融温度,另一类是碱性氧化物,Fe2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O,～主要是降低煤灰熔融温度。
具体的影响分析见表中分析:影响因素变化趋势及原因灰熔融性,ST、FT, 影响主体变氧化硅质量分数每增减1%～对熔融温度变化很小～只有2-4?～氧化硅化,1,45%-60%范围内～随着质量分数增加～灰熔融温度降低, ,SiO2,～趋,2,60%-70%范围内～没有特定规律, 含量较多～势 ,3,70%以上～溶溶性温度比较高～ST最低也在1300?以上。
起重量分数占有,1,的原因:高温下～氧化硅很容易与其他金属盒非金属形成30-70%～主玻璃体的物质～这种物质没有定型的结构～没有固定的熔点～原要来自煤随着温度升高而变软因种的矿物,2,的原因:氧化硅是网络形成体氧化物～而煤灰中还有修饰质～经燃烧中间氧化物和网络氧化物～三种氧化物相互作用使得表现出不后存在于确定性煤灰中 ,3,的原因:此时已经没有适量的金属氧化物和氧化硅结合～有较多的游离氧化硅存在～使得熔融温度升高。
,1,熔融温度与氧化铝成正相关性,变,2,15%开始～熔融温度随着氧化铝含量增加有规律的增加, 氧化铝化,3,40%以上～不管其他组分怎么变化～ST一般都大于1400?～ ,Al2O3,～趋理论显示:氧化铝的量对熔融性温度相关密切程度最高～成正我国煤灰势相关性。
影响煤灰熔融性温度的控制因素
影响煤灰熔融性温度的控制因素引言煤灰熔融性是煤灰在高温下达到熔融状态的温度，主要包括4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)，在锅炉设计中，大多采用ST作为灰熔融性温度。
无论电厂锅炉，还是煤气化炉的设计工作，都必须认真研究灰熔融性温度，其值大小与炉膛结渣有密切关系，并且对用煤设备的燃烧方式及排渣方式的选取影响重大。
对于干式排渣炉，通常需要燃用较高灰熔融性温度的煤以防止炉内结渣，如固态排渣的电站锅炉需要燃用高灰熔融性温度的煤；而液态排渣炉，要求燃用灰熔融性温度较低的煤，以保证灰渣能以熔融状排出，如在液排渣旋风燃烧技术的基础上，发展了一种适用于工业窑炉的煤粉低尘燃烧技术，应用前景广阔，然而受燃烧器材质和环保排放限制，目前还只能燃用低灰熔融性温度、低硫的烟煤。
煤灰的熔融特性不仅与灰的成分有关，还与燃烧过程中灰中各成分之间的相互作用有关。
灰熔融性温度主要取决于煤中的矿物组成、其氧化物的成分和配比及燃烧气氛等。
为了实现控制煤灰熔融性温度的目的，以适应不同排渣方式的燃烧、气化技术或扩大煤种的适用范围，对其进行深入研究显得尤为必要。
1 测试气氛性质的影响煤灰熔融性温度测定主要有3种气氛：弱还原性气氛、强还原性气氛和氧化性气氛。
不同气氛下的煤灰熔融性变化规律不同。
在弱还原性气氛下，测定DT、ST、FT均小于氧化性气氛下的测定值，且随煤灰化学成分不同，二种气氛之间的特征温度差值也不同，大约在10℃～130℃。
这是由于煤灰中的铁有3种价态，它们是Fe2O3(熔点为1560℃)、FeO(熔点为1420℃)和Fe(熔点为1535℃)。
在氧化性气氛中以Fe2O3形式存在，在弱还原气氛中，以FeO的形态存在，与其他价态的铁相比，FeO具有最强的助熔效果。
FeO能与SiO2、A12O3、3Al2O3?2SiO2(莫来石，熔点1 850℃)、CaO?A12O3?2SiO2(钙长石，熔点1553℃)等结合形成铁橄榄石(2FeO?SiO2，熔点1205℃)、铁尖晶石(FeO?A12O3，熔点1780℃)、铁铝榴石(3FeO?A12O3?3SiO2，熔点1240℃～1300℃)和斜铁辉石(FeO?SiO2)，这些矿物质之间会产生低熔点的共熔物，因而使煤灰熔融性温度降低。
煤灰成分对灰熔融性影响研究
煤灰成分对灰熔融性影响研究【摘要】在煤炭生产中采用液态排渣汽化技术时，原煤流动温度一定要比气化炉温度低，因此对灰熔融性造成一定影响。
本文对煤样中所含灰成分做了抽样分析，探析其中所含酸碱性给灰熔融性造成的影响。
【关键词】灰熔融性；影响；煤灰成分1、前言在全球降耗减排号召下，各个企业都将降低污染作为首要任务，而污染较为严重的煤炭企业更值得重视。
事实上，清洁利用煤炭有效途径就是煤气化，主要有液态排渣与固态排渣两种方式，而灰熔融性对顺利操作具有较大影响，但是煤灰成分同时也是灰熔融性主要影响因素。
因此，探究煤灰成分影响灰熔融性具有实际意义。
2、分析煤灰成分影响灰熔融性2.1 采集数据为了研究煤灰成分给灰熔融性造成的影响，本研究就从相关化工研究院中收集了77个煤样数据，这些煤样分布较为广泛，大都遍布在东北、西北、华东以及华中地区，所涉及到的煤样主要有烟煤、褐煤及无烟煤等等，各种煤样中灰成分行馆的数据如下表所示：2.2 定性关系煤灰中的化学成分依照离子势，导致可以划分成两大类，其一就是酸性氧化物，比如SiO2，AL2O3等，其二就是碱性氧化物，比如CaO，Fe2O3等，而煤炭灰熔融温度高低直接由煤灰中各种元素组成以及质量分数确定。
从一些研究表明，酸性氧化物中质量分数高，其熔融温度也就高；而碱性氧化物中的质量分数高，其灰熔融温度反而低。
但是本研究中发现碱性氧化物的质量分数增加之时，其熔融温度要先降低之后再升高。
下面就对这两种类型进行探究。
（1）酸性氧化物。
酸性氧化物中最具代表性的是SiO2，俗称为石英，其单体的熔点比较高，达到了17300C，属酸性氧化物，也是煤灰之中主要的成分之一，质量分数普遍在20%～70%的范围内，事实上基本上所有矿物中都喊有SiO2。
该物质也是增强煤灰的溶融性温度组分，SiO2对灰熔融性的影响如下图所示。
从上图中就可以发现，二氧化硅含量逐渐增加之时，其流动温度就会先降低之后再逐渐升高；如果含量从低缓慢增加之时，二氧化硅极易和其他的氧化物发生化学反应成为共熔体，降低了熔点。
浅谈煤灰熔融性（煤灰熔点）（
浅谈煤灰熔融性（煤灰熔点）（1.煤灰熔融性(煤的灰熔点）-- 煤灰的熔融性是指煤灰受热时由固态向液态逐渐转化的特性，煤的灰熔融性是动力用煤高温特性的重要测定项目之一。
由于煤灰不是一个纯净物，它没有严格意义的熔点，衡量其熔融过程的温度变化，通常用三个特征温度：即变形温度（DT），软化温度（ST）、流动温度（FT）。
这三个温度代表了煤灰在熔融过程中固相减少，液相渐多的三点，在工业上多用软化温度作为熔融性指标，称为灰熔点。
因此煤灰熔融性和煤灰粘度是动力用煤的重重要指标，煤灰熔融性习惯上称作煤灰熔点，但严格来讲，这是不确切的。
因为煤灰是多种矿物质组成的混合物，这种混合物并没有一个固定的溶点，而仅有一个熔化温度的范围。
开始熔化的温度远比其中任一组分纯净矿物质熔点为低。
这些组分在一定温度下还会形成一种共熔体，这种共熔体在熔化状态时，有熔解煤灰中其他高熔点物质的性能，从而改变了熔体的成及其熔化温度。
煤灰的熔融性和煤灰的利用取决于煤灰的组成。
煤灰成分十分复杂，主要有：SiO2,A12O3,Fe2,CaO,MgO,SO3等，如下表所示：我国煤灰成分的分析灰分成分含量（％）SiO2 15-60Al2O3 15-40Fe2O3 1-35CaO 1-20MgO 1-5K20+Na20 1-5煤灰成分及其含量与层聚积环境有关。
我国很多煤层的矿物质以粘土为主，煤灰成分则为SiO2,Al2O3为主，两者总和一般可达50─80％。
在滨海沼泽中形成的煤层，如华北晚石纪煤层黄铁矿含量高，煤灰中Fe2O3及SO3含量亦较高；在内陆湖盆地中形成的某些第三纪褐煤的煤灰中CaO含量较高。
大量试验资料表明,SiO2含量在45─60％时，煤质灰熔点随SiO2含量增加而降低；SiO2在其含量〈45％或〉60％时，与灰熔点的关系不够明显。
Al2O3在煤灰中始终起增高灰熔点的作用。
煤灰中Al2O3的含量超过期30％时，灰熔点1500灰成分中Fe2O3,CaO,MaO均为较易熔组分，这些组分含量越高，煤炭灰熔点就越低。
煤灰熔融性及煤灰成分
煤灰熔融性及煤灰的成分分析灰熔点是煤燃烧或气化时的一项重要指标。
煤的灰渣是由多种金属和非金属氧化物组成，没有确定的熔点，工业上指的灰熔点，实际上是灰渣在高温下的三个变形特征温度。
DT1=变形温度；ST2=软化温度；FT3=流动温度。
影响煤灰熔融性的主要因素煤灰的熔融性主要取决于煤灰化学组成。
煤灰中Al2O3含量高，其灰熔点就高。
三氧化二铁含量高的煤灰，其灰熔点一般均较低。
氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠等碱性氧化物均起降低煤灰熔融性温度的作用，含量越高，则灰熔点愈低。
煤灰的黏度是指煤灰在熔融状态下的内摩擦系数，表征煤灰在高温熔融状态下流动时的物理特性。
煤灰的黏度大小主要取决于煤灰的组成及各成分间的相互作用。
不同的煤灰其流动性不同。
此外，煤灰的黏度大小和温度的高低有着极其密切的关系。
煤灰的黏度对于液态排渣的气化炉来说是很重要的参数。
根据煤灰黏度的大小以及煤灰的化学组成，就可以选择合适的煤源；或者采用添加助熔剂，甚至采用配煤的方法来改善煤灰的流动性，使其符合液态排渣炉的使用要求。
煤灰的熔融性在一定程度上可以用以粗略地判断煤灰的流动性。
对于大多数煤灰来说，熔融性温度高的煤灰，其流动性也差。
在煤灰化学组分中，SiO2和A12O3能增大灰的黏度；Fe2O3、CaO、MgO等能降低煤灰黏度。
但是若煤灰中Fe2O3含量较高而SiO2较少，在一定范围内SiO2含量增加反而能降低黏度。
Na2O、K2O都只会降低黏度。
利用煤灰渣的化学组分可以预测其流动性。
通过煤灰成分分析可了解灰中酸性氧化物与碱性氧化物的比值，对预测管道结垢和腐蚀有重要作用，还有助于判断和防止灰渣对锅炉设备的侵蚀，以及锅炉结渣和积灰。
公司现用褐煤作为气化用煤，煤的灰分含量在10~30%之间。
在必须保证灰分波动在6%之间时，煤灰的流动温度（FT）大多在1200~1300℃之间，煤灰的硅：铝达到2.0以上，三氧化二铁含量远小于15%。
从煤灰特性分析，非常适应气化炉的稳定操作。
Fe2O3对煤灰熔融性影响的机理
Fe2O3对煤灰熔融性影响的机理杨倩;王永宏;郭延红;刘胜华【摘要】研究了Fe2 O3对煤灰熔融性影响的机理。
加入1%和2%Fe2 O3，对煤灰成分进行SEM和XRD分析，实验结果表明，加入Fe2 O3，煤灰熔点呈先降低后升高的趋势。
煤灰中其它化学成分与Fe2 O3发生反应，生成了熔点较低的低温共熔物，对于煤灰熔点起助熔剂的作用；随着加入量的增加，灰熔点升高，这是因为在弱还原环境中加热，Fe2 O3被还原成熔点高的FeO，FeO的熔点很高，使灰熔点升高。
%Joining Fe2 O3 1% and 2%,ash composition is analyzed by SEM and XRD,We study the mechanism of the influence on coal ash melting when adding Fe2 O3 . The experimental results show that joining Fe2 O3 ,ash melting points decrease at first,and then rising. It will generate low melting point compounds when Fe2 O3 reacts with other chemical composition of the ashes,Fe2 O3 is fluxing agent;with the increasing of Fe2 O3 addition amount,ash melting point increase. Fe2 O3 is reverted to FeO in weak reduction environment,FeO melting point is higher that causing ash melting point rise.【期刊名称】《延安大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】5页(P24-28)【关键词】Fe2 O3;煤灰;熔融温度;灰熔融机理【作者】杨倩;王永宏;郭延红;刘胜华【作者单位】延安大学化学与化工学院陕西省化学反应工程重点实验室，陕西延安 716000;富县高级中学，陕西延安 727500;延安大学化学与化工学院陕西省化学反应工程重点实验室，陕西延安 716000;延安大学化学与化工学院陕西省化学反应工程重点实验室，陕西延安 716000【正文语种】中文【中图分类】TK16我国的资源状况是富煤、贫油、少气。