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。但是因二氧化硅熔点比较高，升高到一定值之后，煤灰的熔点就会反而上升。

酸性氧化物中另一种成分三氧化铝（Al2O3），在煤灰中所占质量分数的变化比较大，有一些小于3%，而有一些大于了50%，但是我国的煤灰之中三氧化铝平均质量分数大约为28.2%。因为这种成分内部具备牢固晶体结构，而且熔点为20500C，在煤灰熔化中起到了主要作用，质量分数高其熔点就高，对灰熔融性的影响是三氧化铝的质量分数增加其影响也增加，如下图2所示。

如果煤炭中三氧化铝的质量分数比较低，如果仅仅以三氧化铝的质量分数并不能够确定出煤灰熔融性的温度高低，要从各个成分综合判断才能够确定出熔融性温度高低。

而二氧化锑（TiO2）属于雪白色的粉末，其熔点位18500C，也被称为钛白。在煤灰之中二氧化锑的质量分数不高，一般情况下不会超过5%，但是在整个煤灰成分中二氧化锑能够提升熔融性温度，从各种研究表明，二氧化锑的质量分数每提升1%，就能够增加熔融性问题360C—460C。

（2）碱性氧化物。事实上煤灰成分中的碱性氧化物也会给灰熔融性造成一定影响。其中三氧化二铁（Fe2O3）在煤灰中的质量分数大约为5%—15%，极个别的煤灰中三氧化二铁高达到了50%。因为三氧化二铁具有的助熔效果和煤灰所处气氛存在一定关系，不管在氧化气氛中还是还原气氛中都能够降低熔融性温度作用，如果处于弱还原性的气氛中还具备显著的助熔效果。其变化情况如下图所示。

因为当氧量不足时（还原性气氛之中），三氧化二铁就会还原成为氧化铁（FeO），就会快速降低灰熔融性温度，并且氧化铁也极易和灰渣中SiO2、CaO等形成熔点较低共熔体。反之，Fe3+离子具备较高极性，能够形成聚合物，从而增强了灰熔融性的温度。一旦三氧化二铁的质量分数达到20%—35%之内时，主要增加三氧化二铁1%，其流动温度就会平均降低6.40C；三氧化二铁质量分数低于了20%，每增加1%，其流动温度就会平均降低12.70C。

而煤灰中的氧化钙（CaO）质量分数具有较大变化，有一些甚至高达到50%以上，而有一些却低于1%。氧化钙自身熔点就比较高，为26100C，同时也属于碱性氧化物，因此这种成分影响熔融性温度情况比较复杂，不但能够降低熔融性温度，还能够提升熔融性的温度。当煤灰中氧化钙的质量分数增加时，熔融性温度就会出现先降低之后再增加趋势。当氧化钙的质量分数达到30%之下时，熔融性的温度就会随着氧化钙增加而降低，因为在高温之下极易和其他矿物质发生化学反应形成了钙长石、钙黄长石等各种矿物质，这些物质一起就成为了低温的共熔化合物。如果氧化钙质量分数超过了35%，因其中存在较多氧化钙单体，必然导致熔融性温度随氧化钙增加而提升。

煤灰中的氧化镁（MgO）质量分数比较低，大多数处于3%之下，一般极少会超出13%，氧化镁普遍作用是降低熔融性温度。从一些研究发现每增加氧化镁质量分数1%，其熔融性温度就会随之降低220C—310C；而质量分数提升时，其灰熔融性的温度就会逐渐降低，当质量分数达到13%—17%时，其温度最低。

3、结束语

总而言之，煤灰成分对熔融性温度的影响比较复杂，而二氧化硅与氧化钙的质量分数多少对熔融性温度影响不同，其关系呈现抛物线状。而三氧化铝与二氧化锑影响呈现上升趋势，三氧化铁与氧化镁恰好相反。

参考文献

[1]陈文敏，姜宁.煤灰成分和煤灰熔融性的关系[J].洁净煤技术，2007，2（2）.

[2]刘新兵，陈茺.煤灰熔融性的研究[J].煤化工，2009，16（2）.

[3]修洪雨.CaO对煤灰主要成分熔融特性的影响[J].电站系统工程，2010，21（2）.