準(zhǔn)東煤灰與液態(tài)排渣煤粉爐耐火材料的燒結(jié)特性

龔宇森，傅培舫，劉?洋，別?康

準(zhǔn)東煤灰與液態(tài)排渣煤粉爐耐火材料的燒結(jié)特性

龔宇森，傅培舫，劉?洋，別?康

(華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074)

采用TGA-DSC分析確定了準(zhǔn)東煤灰和其混合灰樣(不同質(zhì)量比的準(zhǔn)東煤灰和耐火材料)燃燒過程中的特征溫度，并分別采用XRD和FSEM-EDS對不同特征溫度段灰樣進(jìn)行礦物識別和形貌、能譜分析，得到了原灰與混合灰的燒結(jié)溫度、灰中主要礦物的轉(zhuǎn)化和熔融過程，并對比了不同耐火材料含量的煤灰熔融溫度；在此基礎(chǔ)上提出了耐火材料構(gòu)型的極限熱載荷概念評價其耐熱性能．研究表明：碳化硅耐火材料降低了準(zhǔn)東煤灰的變形溫度DT(1130℃降低到1080℃)，促進(jìn)煤灰與耐火材料的燒結(jié)形成致密的掛渣保護(hù)層；同時灰的燒結(jié)會使耐火材料承受極限熱載荷能力降低近1/3．1200℃之后，耐火材料中SiC在煤灰的作用下發(fā)生氧化，造成材料失效，故在鍋爐運(yùn)行過程中要嚴(yán)格控制掛渣與耐火材料交界面處的溫度．耐火材料增加煤灰在高溫下的黏度，提高了煤灰的流動溫度F，更加利于煤灰在耐火材料表面形成牢固穩(wěn)定的熔渣保護(hù)層．

準(zhǔn)東煤；液態(tài)排渣；耐火材料；燒結(jié)；礦物相變

準(zhǔn)東高堿煤具有髙揮發(fā)分、低灰分、反應(yīng)活性好等特點(diǎn)，適宜用作動力燃料和氣化用煤．由于富含堿金屬，采用固態(tài)排渣爐燃用準(zhǔn)東煤時，造成鍋爐換熱面積灰結(jié)渣嚴(yán)重，影響設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行．早期的液態(tài)排渣煤粉爐主要是為了解決難燃煤的著火、穩(wěn)燃和結(jié)渣問題而設(shè)計，但由于其NO排放高、熱損失大等原因而未得到推廣；但華能楊柳青電廠用液態(tài)排渣煤粉爐燃燒低灰熔點(diǎn)的神華煤取得了很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益．由于準(zhǔn)東煤灰含量和灰熔點(diǎn)低，可以降低爐膛運(yùn)行溫度，減少NO排放和熱損失，尤其適用于液態(tài)排渣的燃燒方式．液態(tài)排渣煤粉爐在投運(yùn)時，首先要在爐內(nèi)耐火材料壁上形成燒結(jié)渣層，液態(tài)灰渣在渣層表面流動．這一渣層起到阻熱、保護(hù)耐火材料膜式壁和維持爐內(nèi)反應(yīng)溫度的作用，即“以渣抗渣”．因此研究煤灰與耐火材料的燒結(jié)特性對于液態(tài)排渣爐燃燒準(zhǔn)東煤有著重要的意義．

在液態(tài)排渣煤粉爐燃燒易積灰結(jié)渣煤種時，周廣欽等[1]發(fā)現(xiàn)液態(tài)排渣爐對飛灰的捕捉率高，降低了爐膛積灰結(jié)渣的風(fēng)險．葉昌等[2]發(fā)現(xiàn)以SiC和Al2O3為主要原料的耐火材料在1450℃以下表現(xiàn)出良好的抗侵蝕能力，與煤灰?guī)缀醪环磻?yīng)．Jon等[3]發(fā)現(xiàn)SiC耐火材料比硅酸鋁耐火材料具有更強(qiáng)的抗化學(xué)侵蝕能力．何金橋[4]發(fā)現(xiàn)煤灰中的堿性金屬礦物易在SiC耐火壁上沉積產(chǎn)生結(jié)渣．

熱分析被廣泛應(yīng)用于煤灰特征溫度的確定．Liu 等[5]將TGA-DSC作為輔助方法研究超細(xì)煤灰的熔融過程，Schimpke等[6]將TG-DSC、SEM與XRD三種測試方法相結(jié)合來確定初始灰分燒結(jié)溫度．唐詩等[7]綜合TG-DSC、XRF和XRD測試手段探究了準(zhǔn)東煤灰的熔融機(jī)理．本文主要通過TG-DSC實(shí)驗(yàn)，XRD和FSEM-EDS等的測試，研究準(zhǔn)東煤灰的熔融特性及碳化硅耐火材料與煤灰的燒結(jié)特性．

1?實(shí)驗(yàn)部分

1.1?灰樣的選取

SiC耐火材料具有強(qiáng)度高、抗震好、耐磨損、抗侵蝕等優(yōu)良性能被廣泛應(yīng)用于能源、化工等行業(yè)，故選擇碳化硅耐火材料，研究其與準(zhǔn)東煤灰的熔融燒結(jié)特性，耐火材料的成分為SiC和Al2O3，含量分別為75%和25%[8]．實(shí)驗(yàn)選取準(zhǔn)東煤，破碎至200目(74mm)以下，在馬弗爐中以500℃的溫度灰化，制得原始灰樣．500℃的灰化溫度能較多保留原煤中的堿金屬元素，同時也保證了煤樣的充分燃盡，故選擇此溫度制取原始灰樣[9]．煤灰Na2O含量高于2%，屬于高堿金屬煤灰．煤灰與耐火材料微粒按照質(zhì)量?1∶1混合均勻，制成混合灰樣．將原灰和混合灰作為實(shí)驗(yàn)對象，其成分如表1所示．

表1?準(zhǔn)東煤原灰和混合灰成分分析

Tab.1 Composition analysis of Zhundong raw coal ash and mixed ash

1.2?實(shí)驗(yàn)儀器及條件

熱分析采用德國耐馳STA449F3綜合熱分析儀，坩堝材質(zhì)為剛玉，樣品量為6mg，弱氧化性氣氛下(10%O2、10%CO2、80%N2)，以10℃/min的速率升至終溫1400℃．采用荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的X’pert3 Powder X射線衍射儀，激發(fā)電壓30kV，掃描范圍為5°～90°．灰樣的微觀形貌分析采用荷蘭FEI公司生產(chǎn)的Quanta 200掃描電子顯微鏡(FSEM)．灰熔點(diǎn)測試采用英國CARBOLITE公司生產(chǎn)的CAF Digital Imaging灰熔點(diǎn)分析儀，溫控精度為1℃，誤差小于1%．

1.3?實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)TGA-DSC實(shí)驗(yàn)確定準(zhǔn)東煤原灰和混合灰樣的燒結(jié)特征溫度．然后，將原灰和混合灰樣置于管式爐中，加熱至各自特征溫度點(diǎn)，取出激冷．制得的樣品經(jīng)破碎研磨至200目(74mm)以下制成標(biāo)準(zhǔn)試樣，對標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行XRD和FSEM-EDS分析.最后，在灰熔點(diǎn)分析儀中測得原灰與混合灰的熔融?溫度．

2?實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1?燒結(jié)特征溫度的確定

以SiC耐火材料的熱分析作為對照，結(jié)果如圖1所示，SiC耐火材料高溫下性質(zhì)穩(wěn)定，失重極少；從熱流曲線DSC曲線的熱流變化及反應(yīng)熱流變化速率的DDSC曲線知，700℃以前耐火材料吸收的熱流加速增加；700～1000℃溫度段，耐火材料吸熱速率逐漸下降，但吸收的熱流絕對量仍然在增長；在1000～1200℃溫度段，耐火材料吸熱速率繼續(xù)下降，但吸收的熱流絕對量達(dá)到并保持最大值，晶格能量態(tài)也處于極限狀態(tài)，可認(rèn)為晶格能量態(tài)由常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闃O限狀態(tài)時晶格吸熱量為極限熱載荷，對DSC曲線進(jìn)行積分可得極限熱載荷為90.77kJ/kg．當(dāng)溫度大于1200℃時，晶格能量態(tài)進(jìn)一步激發(fā)，原子晶格間距加大，耐火材料吸熱量開始快速下降，原子晶格吸熱盡管材料貌似能維持其原狀，但此時耐火材料晶格處于高能量的非穩(wěn)定勢態(tài)，任意擾動可能導(dǎo)致晶格的崩潰．

圖1?SiC耐火材料熱分析曲線

原灰和混合灰熱分析結(jié)果如圖2所示.煤灰在升溫過程中發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化．580～810℃溫度區(qū)間內(nèi)，原灰失重率為3.3%，DTG曲線有一明顯的失重峰，DSC曲線存在不易察覺的鼓包狀小吸熱峰，在此溫度區(qū)間內(nèi)是方解石分解造成了樣品失重，但由于方解石含量較少，因此TG曲線失重不大，DSC曲線上吸熱峰不明顯；混合灰在該溫度區(qū)間內(nèi)TG曲線也反映出快速失重過程，DSC曲線在715°C存在不明顯鼓包狀吸熱峰，整個階段失重率為1.6%，滿足混合灰失重率約為原灰一半的特征，推斷混合灰在580～810℃溫度區(qū)間內(nèi)的失重原因與原灰相同，為方解石分解．810～990℃溫度區(qū)間內(nèi)，原灰與混合灰呈現(xiàn)相似的規(guī)律，即緩慢失重，DTG幾乎恒定為-0.1%/min，DSC曲線上有兩個不明顯的吸熱峰，表明煤灰中某些組分分解，還可能存在著微量物質(zhì)的相變蒸發(fā)．990～1200℃溫度區(qū)間內(nèi)，原灰有一快速失重過程，失重率8.3%，DSC曲線上出現(xiàn)明顯的吸熱峰(峰位為1147℃)，可能是某種礦物分解釋放氣體導(dǎo)致的失重；混合灰在TG曲線上表現(xiàn)得與原灰相似，失重率為4.2%，但DSC曲線上有兩個明顯的相交吸熱峰，相交處溫度為1120℃，說明混合灰在發(fā)生了兩個明顯的吸熱反應(yīng)，第一個吸熱峰峰位為1080℃，第2個吸熱峰峰位為1150℃．結(jié)合TG和DSC分析，1080℃混合灰中某成分的快速熔融，碳化硅耐火材料與煤灰中發(fā)生了燒結(jié)反應(yīng)；溫度1150℃時混合灰與原灰一樣，某種礦物質(zhì)在快速分解釋放氣體．在1200℃之后，原灰仍在緩慢失重，DSC曲線未見明顯峰．對于混合灰而言，1200℃后TG曲線上升，DSC曲線快速下降出現(xiàn)放熱峰．1200℃時混合灰中耐火材料晶格吸收熱量達(dá)到了極限狀態(tài)，晶格原子間距達(dá)到最大，晶格處于高能量的非穩(wěn)定勢態(tài)，1200℃之后，煤灰的擾動使得SiC晶體的晶格被破壞，材料晶型發(fā)生轉(zhuǎn)變，由高能量態(tài)向低能量態(tài)轉(zhuǎn)化，釋放熱量，推測SiC耐火材料的晶格被氧化破壞[10].對DSC曲線積分可得混合灰中耐火材料極限熱載荷為69.65kJ/kg，與純耐火材料的90.77kJ/kg相比，煤灰降低了耐火材料的極限熱載荷，降低了耐火材料的晶格穩(wěn)定性．基于以上分析，燒結(jié)特征溫度選取?580℃、810℃、990℃、1120℃、1200℃、1300℃.

圖2?原灰與混合灰熱分析曲線

2.2?XRD分析結(jié)果

原灰在各特征溫度下樣品的XRD測試如圖3所示，580℃時原灰主要礦物質(zhì)為石英(SiO2)、硬石膏(CaSO4)、磁鐵礦(Fe3O4)、方解石(CaCO3)、赤鐵礦(Fe2O3)．從元素分析角度，礦物成分與灰成分相符，表現(xiàn)為富鐵硅元素礦物特征，XRD分析中還可以檢測到少量NaCl晶體，說明鈉以水溶性NaCl形式存在于煤灰中．溫度升高至810℃，NaCl晶體衍射峰消失，煤灰中以NaCl形式存在的水溶性鈉揮發(fā)[11]；方解石在此溫度已經(jīng)快速分解完畢．赤鐵礦晶體衍射峰增強(qiáng)，根據(jù)參比強(qiáng)度RIR半定量的方法，可認(rèn)為同種礦物衍射峰隨含量增加而增強(qiáng)[12]，煤灰中含鐵礦物，部分磁鐵礦氧化形成赤鐵礦，赤鐵礦含量增加，同時因?yàn)榉浇馐纸猱a(chǎn)生的CaO使原灰的堿度增加，促進(jìn)了部分赤鐵礦與MgO反應(yīng)，生成鎂鐵尖晶石(MgFe2O4)；煤灰中Na2O具有很強(qiáng)的助熔性，與石英、Al2O3反應(yīng)產(chǎn)生低溫共熔體，生成霞石(NaAlSiO4)析出，造成灰中石英晶體衍射峰減小，出現(xiàn)霞石的特征峰．在580～810℃溫度區(qū)間內(nèi)煤灰中主要發(fā)生的反應(yīng)如下所示：

隨著溫度升高至990℃，大部分硬石膏晶體熔融，其衍射峰微弱，部分熔融的硬石膏分解生成CaO[13]，與灰中硅酸鹽反應(yīng)生成低溫共熔體，這導(dǎo)致TGA-DSC曲線中810～990℃區(qū)間TG重量下降緩慢，但DSC存在著穩(wěn)定上升的吸熱過程．同時CaO與SiO2、MgO、Al2O3反應(yīng)，生成鎂黃長石(Ca2MgSiO7)、鈣鋁黃長石(Ca2Al2SiO7)[14]；磁鐵礦繼續(xù)被氧化，鎂鐵尖晶石和赤鐵礦峰值上升；霞石物相消失，石英的衍射強(qiáng)度繼續(xù)下降，并出現(xiàn)了鈉長石(NaAlSi3O8)的特征峰．雖然霞石熔點(diǎn)高于鈉長石，由于霞石反應(yīng)活性較強(qiáng)，高溫下易與灰中SiO2反應(yīng)，生成更加穩(wěn)定的鈉長石[15]．這一階段的主要物相轉(zhuǎn)化過程如下：

在990～1300℃溫度區(qū)間內(nèi)，石英衍射峰逐漸削弱，熔融的CaSO4開始快速分解，產(chǎn)生大量CaO，這與TGA-DSC曲線中TG曲線的快速下降對應(yīng)．由于CaO、SiO2、Al2O3三者反應(yīng)生成鈣鋁黃長石(Ca2Al2SiO7)的吉布斯自由能相對于SiO2、Al2O3二者反應(yīng)生成莫來石(Al6Si2O13)的吉布斯自由能小，所以當(dāng)CaO含量較多時，煤灰中更傾向于生成鈣鋁黃長石[16]，鈣鋁黃長石衍射峰逐漸增加至1300℃時的最大值．同時鎂黃長石在1200℃開始分解向鈣鋁黃長石轉(zhuǎn)化，分解產(chǎn)物MgO與赤鐵礦的反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，造成部分赤鐵礦衍射峰消失，鎂鐵尖晶石衍射峰強(qiáng)度增大．鈉長石在1200℃時，完全熔融，衍射峰消失，含鈉礦物向高溫更加穩(wěn)定的藍(lán)方石[Na6Ca2Al6Si6O24(SO4)]轉(zhuǎn)化[17]．大部分礦物在1300℃時都已熔融，轉(zhuǎn)化為非晶物質(zhì)，只剩下鈣鋁黃長石和鎂鐵尖晶石這兩種高溫礦物．

A—硬石膏；Ca—方解石；Ge—鈣鋁黃長石；H—NaCl；Ne—霞石；Al—鈉長石；Q—石英；Ha—藍(lán)方石；Ma—磁鐵礦；MF—鎂鐵尖晶石；He—赤鐵礦；Ak—鎂黃長石；An—鈣長石

加入耐火材料后，混合灰在各特征溫度下樣品的XRD測試如圖4所示．在580℃時，主要礦物質(zhì)為SiC晶體、石英、硬石膏、方解石、赤鐵礦和磁鐵礦，由于加入了耐火材料，使灰中含有的少量NaCl等堿金屬礦物質(zhì)低于XRD的最低檢測限．580～990℃時，內(nèi)混合灰與原灰表現(xiàn)出一致的礦物轉(zhuǎn)化過程．自990℃起混合灰開始呈現(xiàn)出與原灰不同的礦物演變過程，原灰中石英晶體在1120℃仍然存在，混合灰在此溫度下石英晶體已經(jīng)熔融；鈣鋁黃長石在1300℃的原灰中仍大量存在，但在混合灰中提前至1200℃完全熔融，向鈣長石轉(zhuǎn)化；1200℃后，混合灰中出現(xiàn)了原灰中未發(fā)現(xiàn)的磁赤鐵礦，含量隨著溫度升高而提高．耐火材料促進(jìn)了煤灰中兩種礦物的提前熔融，提前熔融的石英和鈣鋁黃長石降低了煤灰的燒結(jié)溫度，促進(jìn)了煤灰在耐火材料上的燒結(jié). 1200℃之后出現(xiàn)的磁赤鐵礦這一新的鐵質(zhì)礦物.

M—SiC；A—硬石膏；Ca—方解石；Q—石英；Ge—鈣鋁黃長石；Ma—磁鐵礦；MF—鎂鐵尖晶石；He—赤鐵礦；Mh—磁赤鐵礦；An—鈣長石

對于混合灰在990℃之后表現(xiàn)出的礦物演化差異，原因如下：耐火材料中Al2O3成分易與石英發(fā)生低溫共融反應(yīng)；SiC在1200℃之后與O2發(fā)生耐火材料的氧化增重反應(yīng)，生成SiO2[18]，SiO2和Al2O3共同作用促進(jìn)了鈣鋁黃長石的熔融．這一過程中SiC參與的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，DSC曲線上出現(xiàn)一個明顯的放熱峰．該過程反應(yīng)如下：

原灰中加入的SiC耐火材料提供了還原性氛圍，SiC將與之接觸的磁鐵礦還原為納米磁鐵礦，生成的SiO2與煤灰中CaO、Al2O3形成低溫共熔體，液相低溫共熔體夾帶納米磁鐵礦離開SiC表面，再由氣氛中的O2提供氧化性氛圍，將納米磁鐵礦氧化為磁赤鐵礦[19]．在1300℃時混合灰中存在大量高溫物相，如鎂鐵尖晶石、磁赤鐵礦、碳化硅、鈣長石．

2.3?煤灰高溫形貌分析

不同溫度下，高溫煤灰微觀形貌如圖5所示．圖5(a)顯示1120℃原灰部分熔融，出現(xiàn)玻璃體，表面光滑，部分碎屑顆?；ハ嗾尺B．EDS分析結(jié)果表明，該區(qū)域主要由熔融CaSO4以及鐵鎂鈉氧化物反應(yīng)產(chǎn)生低溫共熔體組成．圖5(b)中1120℃混合灰中出現(xiàn)明顯的礦物熔融現(xiàn)象，SiO2熔融形成致密塊體，表面光滑，表現(xiàn)出明顯的流動痕跡，與XRD分析中石英晶體熔融現(xiàn)象一致；在SiO2塊體上鑲嵌有亮白色固體，結(jié)合EDS和XRD分析，白色固體Ca-Al-Fe-Mg-Si由低溫共熔體組成，此時耐火材料與煤灰已經(jīng)燒結(jié)出具有保護(hù)作用的掛渣．圖5(c)顯示1200℃原灰整體燒結(jié)成致密的塊狀固體，內(nèi)部存在直徑為10μm的球形空腔和長度大于20μm的不規(guī)則溶洞狀空洞，且兩種空洞邊界呈現(xiàn)不同的形貌特征．球形空腔邊界粗糙，未表現(xiàn)明顯的熔融流動痕跡，而溶洞狀空洞表現(xiàn)出明顯的熔化流動痕跡，邊界光滑均勻．結(jié)合EDS分析，a區(qū)域主要為SiO2、Al2O3和少量的CaO；b區(qū)域?yàn)镾iO2、Al2O3和少量的Na2O．從二者元素差異可以推測，球形小空腔的形成主要由灰中CaCO3的分解產(chǎn)生CO2氣體所致，而長度大于20μm的溶洞狀空洞，主要由高溫下SiO2、Al2O3和Na2O發(fā)生低溫共熔反應(yīng)生成液相物質(zhì)流動，且冷卻過程析出生成藍(lán)方石而體積收縮造成的.在圖5(d)中，礦物熔融造成的空洞更大，煤灰實(shí)質(zhì)體積所占比例較小，煤灰由實(shí)質(zhì)SiC和SiO2骨架與空洞共同構(gòu)成，可見明顯熔融流動痕跡，由EDS分析發(fā)現(xiàn)，在實(shí)質(zhì)骨架上鑲嵌著鐵氧化物顆粒，結(jié)合2.2節(jié)分析，可進(jìn)一步判斷該顆粒為磁赤鐵礦．混合灰在1200℃時擁有更多的孔隙．這種燒結(jié)結(jié)構(gòu)的差異使得混合灰燒結(jié)之后孔隙率增大，增加耐火材料上掛渣的熱阻，但是在1200℃之后，耐火材料中SiC會在煤灰作用下被氧化失效，所以要嚴(yán)格控制鍋爐運(yùn)行時耐火材料與掛渣交界面的溫度．在1300℃時，原灰偏析傾向明顯，不同礦物富集在不同區(qū)域．圖5(e)顯示鐵氧化物以顆粒狀附著于煤灰表面，在更高放大倍數(shù)下可觀察到這些顆粒呈現(xiàn)八面體結(jié)構(gòu)，結(jié)合XRD數(shù)據(jù)可推知該物質(zhì)為鐵尖晶石晶體；而硅鋁氧化物則呈針狀構(gòu)成煤灰骨架，形成交錯的脈絡(luò)紋理，在硅鋁氧化物骨架上生長出規(guī)則的柱狀晶體，結(jié)合EDS和XRD數(shù)據(jù)分析，這些結(jié)晶為黃長石晶體．圖5(f)顯示1300℃混合灰存在大量未熔成分，表現(xiàn)出各相均勻分布，不同區(qū)域未有明顯的形貌差異，依舊是多孔的結(jié)構(gòu)特征，未見黃長石和鐵尖晶石晶體．

圖5?高溫下原灰與混合灰ESEM-EDS微觀形貌分析

2.4?煤灰熔融溫度分析

煤灰與耐火材料按不同比例混合，配置成4種灰熔點(diǎn)測試標(biāo)準(zhǔn)樣．測試結(jié)果如圖6所示，純灰樣品的變形溫度D最高為1130℃，耐火材料含量為50%的樣品最低為1080℃，隨著耐火材料的含量增加，煤灰變形溫度D下降．結(jié)合XRD分析可以對該現(xiàn)象做出解釋，耐火材料的加入，促進(jìn)了煤灰中石英熔融，混合灰燒結(jié)開始，體積收縮，造成灰錐的變形．半球溫度H和流動溫度F隨耐火材料的含量增加而明顯提高，這是因?yàn)楫?dāng)耐火材料加入煤灰時，未反應(yīng)的SiC與SiO2構(gòu)成了混合灰樣的骨架結(jié)構(gòu)，對于灰錐的形狀有很好的支撐作用，所以混合灰樣的半球H和流動F最高，并隨耐火材料的增加而升高．而對于軟化溫度S，耐火材料的影響規(guī)律不明顯．

圖6?不同耐火材料含量下灰熔融溫度

3?結(jié)?論

(1)耐火材料高溫下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性可以使用極限熱載荷進(jìn)行描述．煤灰或渣燒結(jié)降低了耐火材料的極限熱載荷近1/3，導(dǎo)致耐火材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降.

(2)碳化硅耐火材料在1200℃之前，降低了準(zhǔn)東煤灰的變形溫度(1130℃降低到1080℃)，促進(jìn)了石英和鈣鋁黃長石的熔融，降低了煤灰燒結(jié)的溫度，使煤灰在1120℃就出現(xiàn)了致密的Ca-Al-Fe-Mg-Si低溫共熔體和SiO2組成掛渣保護(hù)層．

(3)1200℃之后，在煤灰的作用下SiC耐火材料會被氧化失效，所以在液態(tài)排渣煤粉爐耐火材料燒結(jié)掛渣之后的運(yùn)行過程中要嚴(yán)格控制掛渣與耐火材料接觸面處的溫度．

(4) SiC耐火材料增加高溫下煤灰的黏度，降低其流動性，提高其流動溫度，更加利于煤灰在耐火材料表面形成牢固穩(wěn)定的熔渣保護(hù)層．

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Sintering Characteristics of Zhundong Coal Ash and Refractory Material of Slag Tap Pulverized Coal Boiler

Gong Yusen，F(xiàn)u Peifang，Liu Yang，Bie Kang

(State Key Laboratory of Coal Combustion，School of Energy and Power Engineering，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China)

The TGA-DSC analysis of Zhundong coal ash and mixed ash(different mass contents of Zhundong coal ash and refractory material) were carried out to determine their characteristic temperatures in the combustion process，and XRD and FSEM-EDS were used to conduct mineral identification and the analysis of the morphology and composition of ash samples in different characteristic temperature sections，then obtained the sintering temperatures of ash samples，as well as conversion and melting processes of the main minerals in the ash samples，we also compared the ash fusion temperatures of these different ash samples；the concept of ultimate thermal load of refractory configuration is proposed based on the above analysis，which is an index to evaluate thermal stability of refractories. Experimental results show that SiC refractory material reduced the deformation temperature of coal ash(from 1130℃ to 1080℃)，and promoted the sintering of coal ash and refractory material to form a dense protective layer.The sintering of coal ash reduced the ultimate thermal load of the refractory material by one third. After 1200℃，SiC in the refractory material was oxidized under the effect of coal ash. Therefore，the temperature at the interface between the slag and the refractory material must be strictly controlled during the operation of the boiler. Refractory materials increased both the viscosity of coal ash at high temperature and its flow temperature，which was more conducive to the formation of a solid and stable slag protective layer on the surface of refractory material.

Zhundong coal；slag tap；refractory material；sintering；mineral phase transformation

TK16

A

1006-8740(2021)01-0067-07

10.11715/rskxjs.R201912003

2020-03-04.

國家重點(diǎn)研發(fā)計劃資助項(xiàng)目(2018YFB0604102).

龔宇森（1994—??），男，碩士，986957406@qq.com.

傅培舫，男，博士，教授，pffu@hust.edu.cn.