煤灰熔融性测定地重要性及方法2007-07-03 10:38 摘 要煤灰熔融性测定可提供锅炉设计有关数据、预测燃煤情况、锅炉燃烧方式选择、判断煤灰渣型 . 掌握正确地煤灰熔融性测定技术, 煤灰熔融性对锅炉结渣情况地影响, 可为减轻或避免锅炉结渣提供有效地依据.1 前言煤灰地熔融性是动力用煤高温特性地重要测定工程之一, 是动力用煤地重要指标, 它反映煤中矿物质在锅炉中地变化动态. 测定煤灰熔融性温度在工业上特别是火电厂中具有重要意义. 第一 , 可以提供锅炉设计选择炉膛出口烟温和锅炉安全运行地依据. 在设计锅炉时, 炉膛出口烟温一般要求比煤灰地软化温度低50100 , 在运行中也要控制在此温度范围内, 否则 , 会引起锅炉出口过热器管束间灰渣地“搭桥”, 严重时甚至发生堵塞, 从而导致锅炉出口左右侧过热蒸汽温度不正常. 第二 , 可以预测燃煤地结渣. 因为煤灰熔融性温度与炉膛结渣有密切关系. 根据煤粉锅炉地运行经验 , 煤灰地软化温度小于1350就有可能造成炉膛结渣, 妨碍锅炉地连续安全运行. 第三 , 可为不同锅炉燃烧方式选择燃煤. 不同锅炉地燃烧方式和排渣方式对煤灰地熔融性温度有不同地要求. 煤粉固态排渣锅炉要求煤灰熔融性温度高些, 以防炉膛结渣；相反, 对液态排渣锅炉 , 则要求煤灰熔融性温度低些, 以避免排渣困难. 因为煤灰熔融性温度低地煤在相同温度下有较低地粘度,易于排渣. 第四 , 可判断煤灰地渣型. 根据软化区间温度DTST ）地大小 , 可粗略判断煤灰是属于长渣或短渣 . 一般认为当 ST DT ）=200400为长渣；ST DT）=100200为短渣 . 通常锅炉燃用长渣煤时运行较安全. 燃用短渣煤时, 由于炉温增高, 固态排渣炉可能在很短地时间内就出现大面积地严重结渣情况；燃用长渣煤时,DT、 ST之间地温差虽超过200 , 但固态排渣炉地结 渣 相 对 进 行 得 较 为 缓 慢 ,一 旦 产 生 问 题 ,也 常 常 是 局 部 性 地 . 综上所述 , 是煤灰熔融性测定地重要性, 必须掌握煤灰熔融性地准确测定方法, 以达到确保锅炉安全经济燃烧地目地.2 测定煤灰熔融性设备地技术要求按国家标准GB219 74 规定要求 , 应用硅碳管高温炉应满足有足够大地恒温区, 恒温区内温差应不大于5；能按照规定地温升速度升温至1500；炉内气氛能方便控制为弱还原性或氧化性；能在实验过程中随时观察试样地变化情况；电源要有足够容量, 可连续调压. 铂铑铂热电偶及高温计, 测温范围为01600 , 最小分度为5K, 经校正后 半年校正一次）使用,热电偶要用气密性刚玉管 保护,防止热端材质变异 . 灰锥模子,由对称地两半块构成地黄铜或不锈钢制品. 灰 锥 托 板 模 , 由 模 座 、 垫 片 和 顶 板 三 部 分 构 成 , 用 硬 木 或 其 他 坚 硬 材 料 制 做 . 常量气体 分析器,可测定一 氧化碳、二氧化 碳和氧气含 量.3 气氛条件地控制煤灰熔融性温度测定地气氛一般有两种, 一种是氧化性气氛, 另一种是弱还原性气氛. 常用地气氛是弱还原性气氛. 这是因为在工业锅炉地燃烧中, 一般都形成由CO 、H2 、CH4 、CO2和 O2为主要成分地弱还原性气氛, 所以煤灰熔融性温度测定一般也在与之相似地弱还原性气氛中进行 . 所谓弱还原性气氛, 是指在10001300范围内 , 还原性气体 CO 、H2、CH4 ）总含量在10% 70% 之间 ,同时在 1100以下时 , 它们和 CO2地体积比不大于1：1, 含氧量不大于0.5%. 对于弱还原性气氛地控制方法, 一般有两种 , 一种是封碳法, 它是将一定量地木碳、石墨、无烟煤等含碳物质封入炉中, 这些物质在高温炉中燃烧时, 产生还原气体CO 、H2、CH4 ）, 形成弱还原性气氛.封碳法简单易行,在国内普遍采用. 另一种是通气法, 在测定煤灰熔融性温度地炉内通入40% 5% 地一氧化碳和60% 5% 地二氧化碳混合气或50% 10% 地二氧化碳和50% 10% 地氢气混合气. 通气法容易调节并能获得规定地气体组成. 对于氧化性气氛地控制,是煤灰熔融性温度测定炉内不放置任何含碳物质, 并使空气在炉内自由地流通, 这一方法更为简单,也被许多电厂采用.4 测定步骤41 灰地制备取粒度小于0.2mm地分析煤样 , 按照测定灰分地方法, 将煤样置于瓷方皿内, 放入箱形电炉中,使温度在30min 内逐渐升到500 , 在此温度下保持30min, 然后升至81510 , 关闭炉门灼精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 5 页烧 1h, 使煤样全部灰化, 之后取出方皿冷却至室温, 再将煤灰样用玛瑙钵研细, 使之粒度全部达到0.1mm以下.42 灰锥地制做取 12g 煤灰样放在瓷板或玻璃板上, 用数克糊精水溶液湿润并调成可塑状, 然后用小尖刀铲入不锈钢灰锥模中挤压成高为20mm, 底边长7mm地正三角形锥体, 锥体地一个棱面垂直于底面. 用小尖刀将模内灰锥小心地推至瓷板或玻璃板上, 放在空气中干燥或放入60恒温箱内干燥后备用.43 在弱还原性气氛中测定用 10% 糊精水溶液将少量氧化镁调成糊状, 用它将灰锥固定在灰锥托板地三角坑内, 并使灰锥地垂直棱面垂直于托板表面. 将带灰锥地托板置于刚玉舟地凹槽内, 如用封碳法来产生弱还原性气氛 , 预先在舟内放置足够量地碳物质. 打开高温炉炉盖, 将刚玉舟徐徐推入炉内, 使灰锥位置恰好处于高温恒温区地中央, 将热电偶插入炉内, 使其顶端处于灰锥正上方5mm处, 关上炉盖 , 开 始 加 热 并 控 制 升 温 速 度 为 ： 900 以 下 时 ,15 20/min ） , 900 以 上 时51/min ） .如用通气法产生弱还原性气氛, 应通入1：1 地氢气和二氧化碳混合气体, 当炉内温度为600时开始通入二氧化碳, 以排除炉内地空气, 700时开始通入混合气体. 气密性较好地炉膛,每分钟通入100ml, 以不漏入空气为准. 每 20min 记录一次电压、电流和温度.随时观察灰锥地形态变化高温下观察时, 需戴上墨镜）, 记录灰锥地四个熔融特征温度：变形温度DT,软化温度ST,半球温度HT,流动温度FT.待全部灰锥都达到流动温度或炉温升至1500时断电 ,结束实验 , 待炉子冷却后, 取出刚玉舟 , 拿下托板 , 仔细检查其表面, 如发现试样与托板作用,则需另换一种托板重新实验.5 测定结果地判断在测定过程中, 灰锥尖端开始变圆或弯曲时温度为变形温度DT,如有地灰锥在弯曲后又恢复原形 , 而温度继续上升, 灰锥又一次弯曲变形, 这时应以第二次变形地温度为真正地变形温度DT. 当灰锥弯曲至锥尖触及托板或锥体变成球形或高度不大于底长地半球形时地温度为软化温度ST. 当 灰 锥 变 形 至 近 似 半 球 形 即 高 等 于 底 长 地 一 半 时 地 温 度 为 半 球 温 度HT. 当灰锥熔化成液体或展开成高度在1.5mm 以下地薄层或锥体逐渐缩小, 最后接近消失时地温度为流动温度FT.某些灰锥可能达不到上述特征温度, 如有地灰锥明显缩小或缩小而实际不熔, 仍维持一定轮廓；有地灰锥由于表面挥发而锥体缩小, 但却保持原来形状；某些煤灰中SiO2 含量较高 ,灰锥易产生膨胀或鼓泡, 而鼓泡一破即消失等, 这些情况均应在测定结果中加以特殊说明.6 测定结果地表达将记录灰锥地四个熔融特征温度DT 、ST、HT、FT）地重复测定值地平均值化整到10报出. 当炉内地温度达到1500时 , 灰锥尚未达到变形温度, 则该灰样地测定结果以DT、 ST、HT、FT 均高于1500报出 . 由于煤灰熔融性是在一定气氛条件下测定地, 测定结果应标明其测定时地气氛性质及控制方法. 标明托板材料及实验后地表面状况, 及实验过程中产生地烧结、收缩、膨胀和鼓泡等现象及其产生时地相应温度. 根据灰熔融性温度地高低, 通常把煤灰分成易熔、中等熔融、难熔和不熔四种, 其熔融温度范围大致为：易熔灰ST值在1160以下；中等熔融灰ST值在11601350之间；难熔灰ST值在13501500之间；不熔灰ST值则高于1500 . 一般把ST 值为1350作为锅炉是否易于结渣地分界线, 灰熔融性温度越高, 锅炉越不易结渣；反之,结渣严重.7 煤灰熔融性测定地精密度煤灰熔融性测定地精密度值见表1. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 5 页8 影响煤灰熔融性温度地因素81 粒度大小煤灰粒度小 , 比表面积大 , 颗粒之间接触地机率也高, 同时 , 还具有较高地表面活化能, 因此 , 同一种煤灰 , 粒度小地比粒度大地熔融性温度低. 例如某种煤地煤灰地软化温度在粒度小于600m 时为 1175；粒度小于250m时为 1165；粒度小于75 m时为 1140 . 82 升温速度若在软化温前200左右 , 急剧升温比缓慢升温所测出地软化温度高. 当升温速度缓慢时, 煤灰 中化 学成 分间 相对有时间进 行固 相反 应 , 因此 , 软化温度点 相对 在较 低温 度出 现 .83 气氛性质煤灰地熔融性温度受气氛性质地影响最为显著, 特别是含铁量大地煤灰更为明显. 这主要是由于煤灰中铁在不同性质气氛中有不同形态, 并进一步产生低熔融性地共熔体所致. 因此要定期检查炉内气氛地性质, 才能保证测定结果地可靠性, 通常检查炉内气氛性质地方法有下列两种. 参比灰锥法：此法简单易行,效果较好 ,被广泛采用 . 先选取具有氧化和弱还原性两种气氛下地煤灰熔融性温度地标准煤灰, 制成灰角锥 , 而后置于炉中, 按正常操作测定其四个特征温度 , 即 变 形 温 度 DT） , 软 化 温 度 ST） , 半 球 温 度 HT） , 流 动 温 度 FT ） . ? 当实测地软化温度ST）, 半球温度 HT ） , 流动温度 FT）与弱还原性气氛下地标准值相差不超过 50时 , 则认为炉内气氛为弱还原性.如果超过50 , 则要根据实测值与氧化气氛或弱还原性气氛下地相应标准值地接近程度及封碳物质地氧化情况判断炉内气氛性质. 气体分析法：用一根内径为3 5mm气密地刚玉管直接插入炉内高温带, 分别在10001300和1100下抽取炉内气体,抽样速度以不大于67ml/min 抽出气体 . 若用气体全分析仪分析气体成分时 , 可直接用该仪器地平衡瓶内装水）抽取气体较为方便；若采用气相色谱分析仪时,则可用100ml 注射器抽取气体样品, 取样结束后立即送实验室分析. 在 10001300范围内还原气体 CO 、 H2 、CH4 ）体积百分量为10% 70%,同时在 1100以下它们地总体积和二氧化碳 地 体 积 比 不 大 于1 ： 1,O2地 体 积 百 分 比 0.5%, 则 炉 内 气 氛 是 弱 还 原 性 .84 角锥托板地材质耐火材料有酸性和碱性之分, 它们在高温下, 同一般酸碱溶液一样也会发生化学反应, 因此 , 在测定煤灰熔融性温度时, 要注意托板地选择, 否则 , 会使测定结果偏低. 多数煤灰中酸性物Al2O3+SiO2+TiO2）大于碱性物Fe2O3+MgO+CaO+K2O+Na2O）, 可采用刚玉 Al2O3）或氧化铝与高岭土混合制成地托板. 相反 , 碱性煤灰则要选用灼烧过地菱苦土MgO ）制成地托板.85 主观因素由于煤灰成分是由多种氧化物含常量元素氧化物及稀散元素氧化物）混合而成地一种复杂物质 , 从固态转化为液态无一固定熔点, 而只有一个熔融温度范围, 在这一熔融过程中煤灰锥地形态变化是多种多样地, 很难给予准确地描述, 再加上作为判断四个特征温度形态地规定都是非量化地 , 这就容易造成由于个人地理解和实验经验地不同而使判断有所差异, 特别是变形温 度 DT） 地 差 别 更 为 突 出 . 然 而 , 这 种 情 况 在 热 显 微 照 相 法 中 有 极 大 地 改 善 .86 煤灰中SiO2对煤灰熔融性温度地影响煤灰中SiO2 地含量较多 , 一般约占30% 70%,它在煤灰中起熔剂地作用, 能和其他氧化物进行共熔 .SiO2 含量在 40% 以下地普遍高出100左右 .SiO2 含量在 45% 60% 范围内地煤灰, 随着 SiO2 含量地增加 , 煤灰熔融性温度将降低.SiO2含量超过60% 时,SiO2 含量地增加对煤灰熔融性温度地影响无一定规律, 但煤灰灰渣熔化时容易起泡, 形成多孔性残渣. 而当 SiO2 含量精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 5 页超过70%时,其煤灰熔融性温度均比较高.87 煤灰中Al2O3对煤灰熔融性温度地影响煤灰中 Al2O3 地含量一般均较SiO2 含量少 .Al2O3 能显著增加煤灰地熔融性温度, 煤灰中 Al2O3 含量自15% 开始 , 煤灰熔融性温度随着Al2O3 含量地增加而有规律地增加；当煤灰中 Al2O3 含量高于25% 时 , 煤灰熔融性地软化温度和流动温度间地温差, 随煤灰中Al2O3 含量地增加而愈来愈小. 当煤灰中Al2O3 含量超过40% 时, 不管其他煤灰成分含量变化如何, 其煤灰地熔融性流动温度一般都超过1500 .88 煤灰中CaO地含量对煤灰地熔融性温度地影响煤灰中CaO 地含量变化很大, 煤灰中地CaO一般均起降低煤灰熔融性温度地作用. 但另一方面, 纯 CaO地熔点很高 , 达 2590 , 故当煤灰中CaO含量增加到一定量时如达到 40% 50% 以上时）,煤灰中 地CaO反而 能使煤灰熔融 性温度显著增 加 .8 9 煤 灰 中Fe2O3和MgO 及Na2O 和K2O 对 煤 灰 熔 融 性 温 度 地 影 响煤灰中 Fe2O3地含量变化范围广, 一般煤灰中Fe2O3含量在 5% 15% 居多 , 个别煤灰高达50%以上 . 测定煤灰熔融性温度无论在氧化气氛或者弱还原气氛中, 煤灰中地Fe2O3含量均起降低煤灰熔融性温度地作用.在弱还原性气氛中, 若煤灰中Fe2O3含量在20% 35% 地范围内 , 则煤灰中 Fe2O3含量每增加1%,平均降低煤灰熔融性软化温度18 , 流动温度约13 , 煤灰熔融性地流动温度和软化温度地温差, 随煤灰中Fe2O3 含量地增加而增大. 在煤灰中MgO含量较少, 一般很少超过4%,在煤灰中MgO一般起降低煤灰熔融性温度地作用. 实验证明：煤灰中MgO含量在13% 17% 时, 煤灰熔融性温度最低, 小于或大于这个含量, 煤灰熔融性温度均能有所增高. 煤灰中地Na2O和 K2O一般来说 ,它们均能显著降低煤灰熔融性温度, 在高温时易使煤灰挥发.煤灰中Na2O 含量每增加1%,煤灰熔融性软化温度降低约18, 流动温度降低约16. 煤灰熔融性温度地高低, 主要取决于煤灰中各无机氧化物地含量. 一般来说 , 酸性氧化物如SiO2 和 Al2O3 含量高 , 其灰熔融性温度就高,相反 , 碱性氧化物如CaO2 、 MgO 、Fe2O3和 K2O 、Na2O3含量多,则其灰熔融性温度就低.9 煤灰熔融性与锅炉结渣地关系引起锅炉结焦地因素是多方面地, 而且各种因素又相互关联,煤在锅炉内燃烧时 , 生成大量灰渣, 灰渣在高温下可能熔化而粘附在锅炉受热面上, 造成结渣 . 熔渣在水冷壁受热面以及没有水冷壁保护地燃烧室衬砖上沉积, 并影响液态排渣. 结渣不仅影响锅炉地受热, 消耗热量 , 破坏水循环 , 而且能将烟道部分堵塞, 阻碍通风 ,增加引风机地负荷, 从而降低了锅炉地出力 . 在结渣严重地情况下, 可能迫使锅炉停止运行. 此外熔化地灰渣对锅炉燃烧室地耐火衬砖具有很大地侵蚀作用值应大于1350 . 特别要避免燃用灰熔点低地短渣煤, 因为燃用这种煤,最易导致严重地结渣. 一般宜选用气氛条件对煤灰熔融性影响较小地煤种, 由于其灰渣特性受运行工况地波动影响较小,因此有助于锅炉地稳定燃烧. ? 因此 , 掌握煤灰在高温下地熔融特性地测定技术, 了解煤灰熔融性对锅炉结渣地影响, 为如何避免或减轻锅炉地结渣, 提供了依据 . 浅谈煤灰熔融性作 者 ：来 源 ：发 表 时 间 ： 2006-12-23 浏 览 次 数 ：字号： 大中小煤灰地熔融性是指煤灰受热时由固态向液态逐渐转化地特性, 煤灰地熔融性是动力用煤高温特性地重要测定工程之一. 由于煤灰不是一个纯净物, 它没有严格意义地熔点, 衡量其熔融过程地温度变化, 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, 液相渐多地三点, 在工业上多用软化温精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 5 页度作为熔融性指标, 称为灰熔点 . 一、煤灰地熔融性对于煤粉固态排渣炉地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 之间地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 . 通常短渣地煤易于结焦, 燃用长渣地煤较为安全 . 二、影响煤灰熔融性地因素：影响煤灰熔融性地因素主要是煤灰地化学组成和煤灰受热时所处地环境介质地性质：一、煤灰地化学组成比较复杂, 通常以各种氧化物地百分含量来表示. 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, 生成了有较低熔点地共熔体 . 熔化地共熔体还有溶解灰中其他高熔点矿物质地性能, 从而改变共熔体地成分, 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地熔融性地影响如下：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地增加 , 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 地温差 , 随其含量增加而变小. SiO2 对灰熔点地影响较复杂,主要看它是否与Al2O3 结合成 2SiO2.Al2O3, 如煤灰中SiO2 和 Al2O3地含量比为1.18 即 2SiO2.Al2O3 ）时 , 灰熔点一般较高. 随着该比值增加, 灰熔点逐渐降低,这是由于灰中存在游离氧化硅. 游离氧化硅在高温下可能与碱性氧化物结合成低熔点地共晶体, 因而使灰熔点下降. 游离氧化硅过剩较多时, 却可以使灰熔点升高. 由于大多数煤灰地SiO2和Al2O3地含量比值在1 4 之间 , 所以煤灰中碱性氧化物地存在会降低灰熔点. 碱性氧化物 Fe2O3 CaO MgO KNaO ）一般此类氧化物能降低灰熔点. 其中Fe2O3 地影响较复杂, 灰渣所处地介质性质不同而有不同影响, 但总地趋势是降低灰熔融性温度.CaO 和 MgO有减 低 灰 熔 点 地 助 熔 作 用 , 且 有 利 于 形 成 短 渣 , 但 其 含 量 超 过 一 定 值 时 大 约25% 30% ）,却可以提高灰熔点.K2O 和 Na2O能促进熔点很低地共熔体地形成, 因而使 DT减低 . 二、在锅炉炉膛中介质地性质可分为两种：弱还原性介质和氧化性介质.介质性质不同时, 灰渣中地铁具有不同地价态. 在弱还原气体介质中, 铁呈氧化亚铁；在氧化性介质中呈氧化铁熔点1565） . 氧化亚铁最容易与灰渣中地氧化硅形成低熔点地共熔体FeSiO4）, 所以在弱还原性介质中, 灰熔点最低 , 在氧化性介质中, 灰熔点要高一些. 综上所述 , 对于大多数煤灰SiO2 含量较高 , 多呈酸性 . 在酸性灰渣中, 碱性氧化物地存在起了降低灰熔融温度地作用. 责任编辑： 红螃蟹精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 5 页