影响煤灰熔融性的因素

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）：
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。
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。
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：
硫和磷等元素的氧化物及其盐类。在煤灰成分中， Al2O3及 TiO2属酸性组分。一般而言，煤灰中酸性氧化
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℃）。
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。
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）
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
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。
2.1 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：
2.4 Fe2O3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。
Βιβλιοθήκη Baidu
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。 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 CaO 的量。
2.灰熔点与成分有关，煤灰中的Fe2O3、MgO、 Na2O 、K2O、
煤灰主要成分为硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠、钛、锰、
Fe2O3、CaO、MgO、Na2O 及 K2O属碱性组分，SiO2、 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。
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。
3.灰熔点与灰分浓度有关，灰分浓度越高，灰熔就点越低。
意义：
充分了解了影响煤灰熔性的因素，对于燃烧
工况分析和预防锅炉结焦具有重要意义，我 们可以对煤的灰熔点进行预测，也可以通过 配煤方法，改变和控制煤的灰熔点，以达到 最好的使用效果。
感谢您的聆听， 不当之处， 敬请批评指正！