【正文】 約 300。 C，相比鳥蘭商業(yè)灰樣的 FT降低 210℃以上。 在強(qiáng)還原氣氛 H2下，當(dāng)兩種灰樣的配比以烏蘭商業(yè)計(jì)為 20％～ 30％的范嗣內(nèi)時(shí)，灰熔點(diǎn)下降到最低點(diǎn)， FT 最低約為 1310℃。相比寧復(fù)靈武灰樣在該氣氛下的 FT 降低約 125℃．相比烏蘭商業(yè)灰樣降低 1900C 以上。 混煤后的灰熔融溫度低于兩種原灰樣熔融溫度的情況．不同于以往混煤中呈單調(diào)下降，趨于較低熔點(diǎn)的趨勢(shì)，推測(cè)原因主要因?yàn)樵诨烀旱呐浔惹『脼槟?一比例時(shí)．兩種灰樣巾的礦物組分在高溫下形成了某種低溫共熔物，導(dǎo)致熔融溫度大幅下降。 下面但就氣氛的影響來展開研究。氣氛對(duì)煤灰熔融性的影響在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中多有述及，試驗(yàn)氣氛是影響煤灰熔融性的主要因素，由于煤中的鐵在不同氣氛下狀態(tài)不同，弱還原性氣氛下的 FeO 熔點(diǎn)最低，且易與煤灰中的 SiO2 形成低共熔體。所以煤灰在弱還原性氣氛中熔融溫度最低，在工業(yè)鍋爐的燃燒或氣化室中一般都形成由 CO， H2， CH4， CO2，和 O2為主要成分的弱還原性氣氛。所以在弱還原性氣氛中測(cè)得的數(shù)據(jù)更有意義，常作為煤的灰熔點(diǎn)。已往數(shù)據(jù)表明，當(dāng)灰 中 Fe0，含量達(dá)到 15％ 以上時(shí)，氧化性氣氛下的軟化溫度和流動(dòng)溫度比弱還原性氣氛下的溫度高 100～ 300℃。工業(yè)鍋爐的燃燒或氣化室一般都是弱還原性氣氛。 研究目的 ： 煤炭作為三大化石能源之一，在中國(guó)重工業(yè)發(fā)展中起了重要的作用，隨著中國(guó)現(xiàn)代化步伐的加快，作為主要能源的煤炭，發(fā)揮了越來越重要的作用。伴隨著人口不斷增長(zhǎng)和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，生活能源消費(fèi)總量和品種發(fā)生了重大變化，河南理工大學(xué) 2020 界本科畢業(yè)生論文 4 研究表明，由于經(jīng)濟(jì)總量的增長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，煤炭消費(fèi)強(qiáng)度下降。目前化工行業(yè)的煤炭消費(fèi)主要集中在化肥生產(chǎn)和快速發(fā)展的煤化工產(chǎn) 業(yè)?；噬a(chǎn)主要是以煤炭為原料生產(chǎn)合成氨，煤化工產(chǎn)業(yè)中煤炭轉(zhuǎn)化 (煤炭氣化、液化，煤制油和煤制甲醇、烯烴等 )是我國(guó)能源和煤炭清潔利用發(fā)展的主攻方向。預(yù)計(jì)到 2020 年，國(guó)內(nèi)煤炭需求量為 269041 萬噸。 我國(guó)煤炭資源分布集中在 三西 ，即山西、陜西及內(nèi)蒙西部。目前有 63%的煤炭要從 三西 調(diào)出，我國(guó)長(zhǎng)期存在北煤南運(yùn)、西煤東調(diào)的格局。煤炭的管道運(yùn)輸投資少、建設(shè)周期短、營(yíng)運(yùn)費(fèi)低、為全密閉輸送，不污染環(huán)境。水煤漿經(jīng)管道輸送到終端即可供用戶燃用，而且可長(zhǎng)期密閉儲(chǔ)存。 在煤化工行業(yè)中，灰熔融性是影響煤的燃燒和氣化的重要因 素，工業(yè)上對(duì)煤灰熔融性的要求各有不同，如固態(tài)排渣鍋爐和固定床氣化爐中一般使用高灰熔融性煤，液態(tài)排渣的鍋爐和氣化爐使用低灰熔融性煤，以免排渣困難。因此為了正確選擇氣化用煤和鍋爐用煤，須進(jìn)行煤灰熔融性的測(cè)定。常用的測(cè)定方法，是將煤灰與糊精混合，顰成灰錐，在高溫爐弱還原氣體介質(zhì)中加熱，分別測(cè)定灰熔融性變形溫度 Td、軟化溫度 Ts、半球溫度 Th和流動(dòng)溫度 TF。一般用 Ts（℃）作為煤灰熔融性的主要指標(biāo)：小于或等于 1100℃為易熔灰分，大于 1100～ 1250℃為低熔灰分，大于 1250～ 1500℃為高熔灰分，大于 1500℃ 為難熔灰分。 煤化工行業(yè)中氣化用料煤的灰熔點(diǎn)是所有氣化煤的一個(gè)重要指標(biāo)，這一特點(diǎn)對(duì)焦渣的形成具有重要影響，因此在流化床氣化過程中灰熔點(diǎn)能部分反映形成焦渣的程度，然而對(duì)這方面的研究并不多，所以做氣氛對(duì)煤灰熔點(diǎn)影響的研究還是很有必要的。 研究主題簡(jiǎn)介 本實(shí)驗(yàn)的課題是氣氛對(duì)煤灰熔融性的影響，計(jì)劃通過對(duì)五 種不同的煤樣煤灰分別進(jìn)行氧化性氣氛和弱還原性氣氛的三個(gè)特征溫度進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，同一種煤種用三組相同的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，用三種不同的煤進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證不同氣氛下對(duì)煤灰熔融性的一般規(guī)律。對(duì)工業(yè)生產(chǎn) 用煤和排渣方式 提供初步的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。 河南理工大學(xué) 2020 界本科畢業(yè)生論文 5 研究方法： 煤灰有多種金屬氧化物組成，其在不同氣氛的熔融點(diǎn)不同主要是因?yàn)樗慕饘傺趸锏娜廴邳c(diǎn)不同，在弱還原性氣氛下的鐵以二價(jià)鐵（ FeO）的狀態(tài)存在，氧化性氣氛下鐵變?yōu)?3價(jià)鐵（ Fe2O3），它們的熔融點(diǎn)不同，進(jìn)而引起灰熔融性的差異。這種差異在國(guó)內(nèi)外的研究中多有述及，本實(shí)驗(yàn)選取三種不同的煤樣，進(jìn)行驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，來得出一般的結(jié)論。通過三種煤樣的平行性實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)出煤種四種特征溫度變化情況，對(duì)不同煤種進(jìn)行同一性性的實(shí)驗(yàn)，得出最終的結(jié)論。按照煤化學(xué)實(shí)驗(yàn)上煤灰熔融性的測(cè)試實(shí) 驗(yàn)方式，用快速灰化法來制作灰樣，待降到 室溫之后利用模具制作灰錐，灰錐自然風(fēng)干后，分別用 SDAF2020b 型灰融點(diǎn)測(cè)定爐來進(jìn)行氧化性氣氛和弱還原性氣氛的測(cè)定。通氣法產(chǎn)生氧化性氣氛，封碳法產(chǎn)生弱還原性氣氛，如用封碳法來產(chǎn)生弱還原性氣氛，預(yù)先在舟內(nèi)放置足夠量的碳物質(zhì)。打開高溫爐爐蓋，將剛玉舟徐徐推入爐內(nèi)，使灰錐位置恰好處于高溫恒溫區(qū)的中央，將熱電偶插入爐內(nèi)，使其頂端處于灰錐正上方 5mm 處，關(guān)上爐蓋，開始加熱并控制升溫速度為： 900℃以下時(shí)，（ 15～ 20℃ /min）， 900℃以上時(shí)（ 5177。 1℃ /min）。記錄灰錐的 四個(gè)熔融特征溫度：變形溫度 DT，軟化溫度 ST，半球溫度 HT，流動(dòng)溫度 FT。待全部灰錐都達(dá)到流動(dòng)溫度或爐溫升至 1500℃時(shí)斷電，結(jié)束試驗(yàn)，待爐子冷卻后，取出剛玉舟，拿下托板，仔細(xì)檢查其表面，如發(fā)現(xiàn)試樣與托板作用，則需另換一種托板重新試驗(yàn)。 控制氣氛的方法 控制氣氛的方法有 2種：通氣法和封碳法。通常采用封碳法來控制試驗(yàn)氣氛。在調(diào)整氣氛前，要選擇含碳物質(zhì)的種類、粒度，根據(jù)所使用的剛玉管材質(zhì)來選擇碳物質(zhì)的大致數(shù)量，并確定碳物質(zhì)在爐內(nèi)的放置部位。國(guó)標(biāo)中以“注”的形式提供：一般在剛玉舟中央放置石墨粉 15~20g，兩端放置無煙煤 40~50g（氣疏高剛玉管爐膛）或在剛玉舟中央放置石墨粉 5~6g（氣密高剛玉管爐膛）。本實(shí)驗(yàn)使用的剛玉舟是氣密型的，所以應(yīng)該采用 5~6g 的劑量，來加入石墨粉。 這是一個(gè)大致的量，只能作為一個(gè)參考。在實(shí)際操作中，具體的封碳量要通過試驗(yàn)才能得到。 在試驗(yàn)中，不同量的碳物質(zhì)在不同溫度下所生成的 CO 和 CO2的體積不同，其組成在爐內(nèi)不是平衡狀態(tài)，而是處于變化狀態(tài)： 圖 11 測(cè)試儀 河南理工大學(xué) 2020 界本科畢業(yè)生論文 6 2C+O2=2CO 2CO+O2=2CO2 當(dāng) CO 遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于 CO2,氣氛性質(zhì)為強(qiáng)還原性 ,當(dāng) CO 和 CO2的體積比接近 1:1,氣氛呈弱還原性 ,說 明控制碳物質(zhì)的量 ,也就是對(duì)爐內(nèi)生成的 。 CO和 CO2體積的控制 .對(duì)任何一臺(tái)測(cè)定設(shè)備而言 ,調(diào)整氣氛時(shí)無論是增加還是減少碳物質(zhì)的量 ,灰錐的特征溫度升降都有一定的規(guī)律 。 有時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果下 出現(xiàn)失敗 ，是由于對(duì)氣氛的控制沒有到位，引起的最終結(jié)果產(chǎn)生很大的誤差 。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)： 實(shí)驗(yàn)氣氛是影響煤灰熔融溫度的主要因素。這是因?yàn)槊夯抑泻械蔫F在不同的氣氛中將以不同的價(jià)態(tài)出現(xiàn)：在氧化性介質(zhì)中它轉(zhuǎn)化變成三價(jià)鐵（ Fe2O3）；在弱還原性介質(zhì)中，它將轉(zhuǎn)變成二價(jià)鐵（ FeO）；在強(qiáng)還原性介質(zhì)中則將轉(zhuǎn)變成金屬鐵（ Fe）。三者的熔點(diǎn)以 FeO 最低（ 1420℃ ）， Fe2O3最高（ 1560℃ ）， Fe 居中（ 1535℃ ），且 FeO 能與煤灰中的 SiO2 生成熔點(diǎn)更低的硅酸鹽及其低（共）熔混合物，所以煤灰在弱還原性氣氛中的熔融溫度最低。煤灰中含鐵量越高，氣氛的影響越大。當(dāng)灰中 Fe2O3含量達(dá)到 15%以上時(shí)，氧化性氣氛下的軟化溫度（ ST）和流動(dòng)溫度（ FT）可能將比弱還原氣氛下的 ST 和 FT 高出 100~300℃ 。 實(shí)際意義： 煤灰的熔融性是動(dòng)力用煤高溫特性的重要測(cè)定項(xiàng)目之一，是動(dòng)力用煤的重要指標(biāo)，它反映煤中礦物質(zhì)在鍋爐中燃燒時(shí)的變化動(dòng)態(tài)。測(cè)定煤灰熔融性溫 度在工業(yè)上的特別是火電廠中和氣化爐造氣生產(chǎn)中具有重要意義。其主要用途如下。 可以提供鍋爐設(shè)計(jì)選擇爐膛出口煙溫和鍋爐安全運(yùn)行的依據(jù)； 可以預(yù)測(cè)燃煤的結(jié)渣情況；可為不同鍋爐燃燒方式選擇燃煤； 可判斷煤灰的渣型；可選擇合適的氣化設(shè)備。 在幾個(gè)特征溫度中，軟化溫度用途較廣，一般都是根據(jù)它來選擇合適的燃燒或氣化設(shè)備，或根據(jù)燃燒和氣化設(shè)備類型來選擇具有合適軟化溫度的原料煤。例如，固態(tài)排渣燃燒或氣化爐，就要求使用灰的熔融溫度較高的煤，以 ST1350℃為最好， ST1250℃時(shí)也能滿足要求。否則爐內(nèi)就容易結(jié)渣，從而影響爐 子正常操作或降低氣化質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成停爐事故，從液態(tài)排渣爐則要求使用熔融溫度低的煤。 河南理工大學(xué) 2020 界本科畢業(yè)生論文 7 第二章 實(shí)驗(yàn)裝置和注意事項(xiàng) ： 煤灰熔融性的測(cè)定需要如下試劑和材料。 a糊精，化學(xué)純，配成 100g/L 溶液。 b高碳物質(zhì)，灰分低于 15%，粒度小于 1mm 的石墨、無煙煤或其他高碳物質(zhì)。 c剛玉舟，耐熱 1500℃以上，能盛足夠量的高碳物質(zhì)。 d灰錐托盤，在 1500℃以下不變形，不與灰錐作用，不吸收灰樣； 圖 21 灰錐模 圖 22 灰錐托板 四個(gè)特征溫度能在計(jì)算機(jī)判斷的基礎(chǔ)上，還 可用人工進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；至少可以存儲(chǔ) 200 個(gè)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)圖片。另外此儀器一次可測(cè)定 5個(gè)試樣，爐溫范圍為室溫 ~1520℃；控溫精度 5℃；實(shí)驗(yàn)氣氛為弱還原性或氧化性；其大功率 . 灰