【正文】 河南理工大學(xué) 2020 界本科畢業(yè)生論文 I 摘要 煤炭作為 21 世紀(jì)最重要的化石能源，對(duì)其性質(zhì)的探討受到越來(lái)越多的關(guān)注。煤灰熔融性的測(cè)定對(duì)工業(yè)火電廠和氣化爐的造氣生產(chǎn)具有重要意義。本實(shí)驗(yàn)用SDAF2020b 煤灰熔融性測(cè)定儀分別測(cè)定多種煤樣在氧化性氣氛和弱還原性氣氛下的灰熔點(diǎn)。它能對(duì)工業(yè)用煤排渣氣氛的控制、煤灰渣型的預(yù)測(cè)等等提供初步材料。結(jié)果表明，氣氛對(duì)煤灰熔融性的影響還是顯而易見的。因?yàn)槊夯抑需F元素的狀態(tài)不同，弱還原性氣氛下的煤灰熔融點(diǎn)比氧化氣氛下的熔融點(diǎn)低約 10~130℃左右。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，沒有進(jìn)一步分析煤質(zhì)礦物成分與灰熔點(diǎn)的關(guān)系。 關(guān)鍵詞 ： 煤灰，熔融 溫度，還原氣氛 河南理工大學(xué) 2020 界本科畢業(yè)生論文 II Abstract The 21st century39。s most important fossil energy is coal,the study of the coal is attracting more and more attention. Determination of industrial coal ash melting is important for industrial power plants and gasifier gasification expriment is under SDAF2020b coal ash melting tester,respectively a variety of coal samples under oxidizing atmosphere and weak reducing atmosphere of ash melting can provide some advice of industrial coal atmosphere and coal type ash show that the atmosphere of the impact of coal ash melting is the ash iron status is different, the weak reducing atmosphere of coal ash melting point lower than the melting point under oxidizing atmosphere about 10 ~ 130 ℃ . Due to the limitation of experimental conditions, no further analysis with ash melting point coal mineral position relationship. Key word： coal ash， fusion temperature， reductive atmosphere； 河南理工大學(xué) 2020 界本科畢業(yè)生論文 1 第一章 緒論 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜 述 現(xiàn)今測(cè)煤灰熔融性的方法主要有直接測(cè)定法和間接測(cè)定法兩種，直接測(cè)定煤灰熔融性的方法又分為灰錐法和熱顯微鏡法。煤灰熔融性溫度測(cè)試一般有三種氣氛：弱還原性氣氛，強(qiáng)還原性氣氛和氧化性氣氛，常用的氣氛是弱還原性氣氛。煤灰的熔融性溫度受氣氛的影響最為顯著，特別是含鐵量大的煤灰更為明顯。主要是由于煤灰中鐵在不同性質(zhì)氣氛中有不同形態(tài)，并進(jìn)一步產(chǎn)生低熔融性的共熔體所致。 我國(guó)煤儲(chǔ)量豐富，據(jù)煤炭資源普查結(jié)果顯示，我國(guó)低灰熔點(diǎn)煤占煤炭總量的1/3 左右，燃用這類低灰熔點(diǎn)的煤易造成電站鍋爐嚴(yán)重的結(jié)渣、腐蝕等問題。而像淮南煤那樣的 高灰熔點(diǎn)的煤 (1 600℃左右 )也占很大的一部分比例，不適合液態(tài)排渣工藝溫度要求 (1380℃左右 )。為了更合理、經(jīng)濟(jì)地利用我國(guó)的煤炭資源研究如何改變煤的灰熔融性已迫在眉睫。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者提出了一些可以改變煤灰熔融溫度的方法 . 對(duì)于煤灰熔融性的影響因素主要有 五 個(gè)； 一：測(cè)試氣氛性質(zhì)的影響，在弱還原性氣氛下，測(cè)定 DT、 ST、 FT 均小于氧化性氣氛下的測(cè)定值，且隨煤灰化學(xué)成分不同，二種氣氛之間的特征溫度差值也不同，大約在 lO℃～ 130℃。當(dāng)煤灰中 Fe2O3，含量較高時(shí)，會(huì)降低灰熔融性溫度，且在弱還原性氣氛下更為明顯 。 在強(qiáng)還原氣氛下，煤灰在熔融過(guò)程中的氧元素被大量還原．所剩絕大部分是金屬或非金屬單質(zhì)．其單質(zhì)的熔融溫度要高出其氧化物許多，這些在強(qiáng)還原氣氛下被還原出來(lái)的金屬單質(zhì)導(dǎo)致了煤灰熔融性溫度的升高。因此．強(qiáng)還原氣氛下的煤灰熔融性溫度均比氧化氣氛下高。差值在 50～ 200℃。在煤灰熔融性溫度測(cè)定時(shí)，通常采用弱還原性氣氛，這是由于在工業(yè)窯爐的燃燒或氣化室中，一般都形成如 CO、 H CH CO O2為主要成分的弱還原性氣氛。 二：煤灰成分的影響， 煤灰熔融特性與化學(xué)組成的關(guān)系?；瘜W(xué)分析結(jié)果表明，煤灰由 Si0 A120Fe20 CaO、 MgO、 Na K TiO2：和 SO3，等組分構(gòu)成。按照氧化物含量多少劃分．多數(shù)煤灰屬于硅鋁鐵鈣型，即煤灰的主要成分為 Si0 A120 Fe20 CaO。Si0 A1203和 Ti02屬于酸性組分，其含量越多，煤灰的熔融溫度就越高； Fe20CaO、 MgO、 Na2O、 K2O屬于堿性組分，其含量越多，煤灰的熔融溫度就越低。 河南理工大學(xué) 2020 界本科畢業(yè)生論文 2 研究表明在酸性氧化物中， A1203，和 TiO2：在煤灰中始終起提高熔融溫度的作用，而 SiO2：的含量與煤灰熔融溫度似乎無(wú)明顯關(guān)系；堿性氧化物中的 CaO和 Fe20，由于含量高。對(duì)煤灰熔融性的影響較之其它幾種組分更為顯著。 CaO對(duì)煤灰有助熔作用，但與 CaO 本身含量和 SiO2/Al203比有關(guān)。 Fe203的助熔效果與煤灰所處的氣氛性質(zhì)有關(guān)。在弱還原氣氛中， Fe203，以 FeO的形態(tài)存在，與其它價(jià)態(tài)的鐵相比， FeO 具有較強(qiáng)的助熔效果。如果煤灰中的 CaO、堿金屬氧化物等助熔組分含量較高，且硅鋁比較高，在 Fe203，含量較低時(shí)，就能使煤灰熔融溫度很低；對(duì)于硅鋁比較低，且 CaO、堿金屬氧化物等助熔組分含量也較低的煤灰，在 Fe203，含量較高時(shí)，才能使其熔融溫度最低 。 煤灰熔融性與相平衡性質(zhì)的關(guān)系。在理論上，由相平衡關(guān)系可以得到煤灰成為液體時(shí)的最低溫度 (液化溫度 )、煤灰成為固體時(shí)的最高溫度 (固化溫度 )，以及在中問溫度時(shí)固相和液相的組成。利用相圖能夠預(yù)測(cè)氧化氣氛下各種礦物或添加劑對(duì)煤灰熔融性的影響，通常，煤灰中 A1203 含量越高， SiO2/Al2O3，比越低 (即高嶺石含量越高 )，煤灰熔融溫度就越高。在煤灰中添加堿性礦物如方解石、白云石、黃鐵礦或菱鐵礦會(huì)使熔融溫度降低，但是如果煤灰中某一成分 (如方解石 )特別高，結(jié)果可能會(huì)產(chǎn)生例外的情況。 相態(tài)變化預(yù)測(cè)煤灰的熔融行為。煤灰是 由各種礦物質(zhì)組成的混合物，在高溫下熔融過(guò)程較復(fù)雜。在加熱過(guò)程中，煤灰中除各種礦物組分熔融外，礦物組分之間會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成新的無(wú)機(jī)成分：各礦物組分之間還會(huì)發(fā)生低溫共熔現(xiàn)象，從而影響煤灰的熔融特性。煤灰中各種礦物質(zhì)對(duì) X 一射線的吸收或反射量是不同的，它不僅與礦物質(zhì)含量有關(guān)，而且與礦物質(zhì)本身結(jié)晶性好壞、混合物中其它礦物的存在有關(guān)，但對(duì)同種礦物質(zhì)其衍射強(qiáng)度的變化可近似反映含量的變化。 三，停留時(shí)間對(duì)灰熔融性的影響， 停留時(shí)問對(duì)灰熔融特性的影響是顯著的，例如神府灰樣在 5分鐘停留時(shí)間下的 FT 與始終處于 H2氣氛下的 FT 相差 近 300℃：大部分灰樣在 15 分鐘停留時(shí)間下的 FT 均比 5 分鐘下有所上升，但也有例外， FT 出現(xiàn)下降；大部分灰樣在 15分鐘后的 FT溫度低于始終處于 H2氣氛下的 FT。說(shuō)明灰渣在強(qiáng)還原氣氛下的變化行為是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，長(zhǎng)時(shí)間處于 H2氣氛下被還原的程度更深：對(duì)于 Fe2O3，含量較高的灰樣，在短的停留時(shí)間內(nèi)影響十分顯著，而對(duì)于 Fe2O3，含量較低的灰樣，停留時(shí)間的影響不明顯。 四，強(qiáng)還原氣氛下助熔劑對(duì)灰熔融特性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于煤樣的普適性還有待研究。 河南理工大學(xué) 2020 界本科畢業(yè)生論文 3 在強(qiáng)還原氣氛下，氧化鈣對(duì)淮北劉二礦灰樣仍然能起到較好的助熔作用， 當(dāng)添加量在 30％ 40％的范圍內(nèi)時(shí)，灰熔融溫度 Fr可以降低到 13250C 左右，降幅達(dá) 160℃左右；而當(dāng)添加量超過(guò) 40％后，熔融溫度又呈上升趨勢(shì)。由于氧化鈣添加量較大，．應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)性因素。而在強(qiáng)還原氣氛下，氧化鐵幾乎沒有助熔作用，當(dāng)添加量達(dá)到 30％時(shí)，灰熔融溫度將大幅上升， FT 將超過(guò) 1500℃?？赡苁茄趸F中的鐵元素被還原成為更低價(jià)態(tài)的鐵甚至鐵單質(zhì)，則使得灰熔融溫度上升。由于本實(shí)驗(yàn)只是針對(duì)淮北劉二礦灰樣，所以結(jié)論對(duì)我國(guó)煤種的普適性還有待于迸一步探討。 五， 強(qiáng)還原氣氛下混煤對(duì)灰熔融特性的影響 在氧化氣氛，當(dāng) 按照 30％烏蘭商業(yè)和 70％寧夏靈武來(lái)配比時(shí)，灰熔融溫度有一個(gè)最低點(diǎn)， FT 約為 1290。 C，相比寧夏靈武灰樣的 FT降低大