煤灰成分對灰熔融性影響研究

【摘要】在煤炭生產(chǎn)中采用液態(tài)排渣汽化技術時，原煤流動溫度一定要比氣化爐溫度低，因此對灰熔融性造成一定影響。本文對煤樣中所含灰成分做了抽樣分析，探析其中所含酸堿性給灰熔融性造成的影響。

【關鍵詞】灰熔融性；影響；煤灰成分

1、前言

在全球降耗減排號召下，各個企業(yè)都將降低污染作為首要任務，而污染較為嚴重的煤炭企業(yè)更值得重視。事實上，清潔利用煤炭有效途徑就是煤氣化，主要有液態(tài)排渣與固態(tài)排渣兩種方式，而灰熔融性對順利操作具有較大影響，但是煤灰成分同時也是灰熔融性主要影響因素。因此，探究煤灰成分影響灰熔融性具有實際意義。

2、分析煤灰成分影響灰熔融性

2.1 采集數(shù)據(jù)

為了研究煤灰成分給灰熔融性造成的影響，本研究就從相關化工研究院中收集了77個煤樣數(shù)據(jù)，這些煤樣分布較為廣泛，大都遍布在東北、西北、華東以及華中地區(qū)，所涉及到的煤樣主要有煙煤、褐煤及無煙煤等等，各種煤樣中灰成分行館的數(shù)據(jù)如下表所示：

2.2 定性關系

煤灰中的化學成分依照離子勢，導致可以劃分成兩大類，其一就是酸性氧化物，比如SiO2，AL2O3等，其二就是堿性氧化物，比如CaO，F(xiàn)e2O3等，而煤炭灰熔融溫度高低直接由煤灰中各種元素組成以及質量分數(shù)確定。從一些研究表明，酸性氧化物中質量分數(shù)高，其熔融溫度也就高；而堿性氧化物中的質量分數(shù)高，其灰熔融溫度反而低。但是本研究中發(fā)現(xiàn)堿性氧化物的質量分數(shù)增加之時，其熔融溫度要先降低之后再升高。下面就對這兩種類型進行探究。

（1）酸性氧化物。酸性氧化物中最具代表性的是SiO2，俗稱為石英，其單體的熔點比較高，達到了17300C，屬酸性氧化物，也是煤灰之中主要的成分之一，質量分數(shù)普遍在20%～70%的范圍內(nèi)，事實上基本上所有礦物中都喊有SiO2。該物質也是增強煤灰的溶融性溫度組分，SiO2對灰熔融性的影響如下圖所示。

從上圖中就可以發(fā)現(xiàn)，二氧化硅含量逐漸增加之時，其流動溫度就會先降低之后再逐漸升高；如果含量從低緩慢增加之時，二氧化硅極易和其他的氧化物發(fā)生化學反應成為共熔體，降低了熔點。但是因二氧化硅熔點比較高，升高到一定值之后，煤灰的熔點就會反而上升。

酸性氧化物中另一種成分三氧化鋁（Al2O3），在煤灰中所占質量分數(shù)的變化比較大，有一些小于3%，而有一些大于了50%，但是我國的煤灰之中三氧化鋁平均質量分數(shù)大約為28.2%。因為這種成分內(nèi)部具備牢固晶體結構，而且熔點為20500C，在煤灰熔化中起到了主要作用，質量分數(shù)高其熔點就高，對灰熔融性的影響是三氧化鋁的質量分數(shù)增加其影響也增加，如下圖2所示。

如果煤炭中三氧化鋁的質量分數(shù)比較低，如果僅僅以三氧化鋁的質量分數(shù)并不能夠確定出煤灰熔融性的溫度高低，要從各個成分綜合判斷才能夠確定出熔融性溫度高低。

而二氧化銻（TiO2）屬于雪白色的粉末，其熔點位18500C，也被稱為鈦白。在煤灰之中二氧化銻的質量分數(shù)不高，一般情況下不會超過5%，但是在整個煤灰成分中二氧化銻能夠提升熔融性溫度，從各種研究表明，二氧化銻的質量分數(shù)每提升1%，就能夠增加熔融性問題360C—460C。

（2）堿性氧化物。事實上煤灰成分中的堿性氧化物也會給灰熔融性造成一定影響。其中三氧化二鐵（Fe2O3）在煤灰中的質量分數(shù)大約為5%—15%，極個別的煤灰中三氧化二鐵高達到了50%。因為三氧化二鐵具有的助熔效果和煤灰所處氣氛存在一定關系，不管在氧化氣氛中還是還原氣氛中都能夠降低熔融性溫度作用，如果處于弱還原性的氣氛中還具備顯著的助熔效果。其變化情況如下圖所示。

因為當氧量不足時（還原性氣氛之中），三氧化二鐵就會還原成為氧化鐵（FeO），就會快速降低灰熔融性溫度，并且氧化鐵也極易和灰渣中SiO2、CaO等形成熔點較低共熔體。反之，F(xiàn)e3+離子具備較高極性，能夠形成聚合物，從而增強了灰熔融性的溫度。一旦三氧化二鐵的質量分數(shù)達到20%—35%之內(nèi)時，主要增加三氧化二鐵1%，其流動溫度就會平均降低6.40C；三氧化二鐵質量分數(shù)低于了20%，每增加1%，其流動溫度就會平均降低12.70C。

而煤灰中的氧化鈣（CaO）質量分數(shù)具有較大變化，有一些甚至高達到50%以上，而有一些卻低于1%。氧化鈣自身熔點就比較高，為26100C，同時也屬于堿性氧化物，因此這種成分影響熔融性溫度情況比較復雜，不但能夠降低熔融性溫度，還能夠提升熔融性的溫度。當煤灰中氧化鈣的質量分數(shù)增加時，熔融性溫度就會出現(xiàn)先降低之后再增加趨勢。當氧化鈣的質量分數(shù)達到30%之下時，熔融性的溫度就會隨著氧化鈣增加而降低，因為在高溫之下極易和其他礦物質發(fā)生化學反應形成了鈣長石、鈣黃長石等各種礦物質，這些物質一起就成為了低溫的共熔化合物。如果氧化鈣質量分數(shù)超過了35%，因其中存在較多氧化鈣單體，必然導致熔融性溫度隨氧化鈣增加而提升。

煤灰中的氧化鎂（MgO）質量分數(shù)比較低，大多數(shù)處于3%之下，一般極少會超出13%，氧化鎂普遍作用是降低熔融性溫度。從一些研究發(fā)現(xiàn)每增加氧化鎂質量分數(shù)1%，其熔融性溫度就會隨之降低220C—310C；而質量分數(shù)提升時，其灰熔融性的溫度就會逐漸降低，當質量分數(shù)達到13%—17%時，其溫度最低。

3、結束語

總而言之，煤灰成分對熔融性溫度的影響比較復雜，而二氧化硅與氧化鈣的質量分數(shù)多少對熔融性溫度影響不同，其關系呈現(xiàn)拋物線狀。而三氧化鋁與二氧化銻影響呈現(xiàn)上升趨勢，三氧化鐵與氧化鎂恰好相反。

參考文獻

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