实际操作中，影响灰熔融性准确度的几个因素
刘晓芳
东北煤田地质局沈阳测试研究中心辽宁沈阳110016
【摘要】煤灰熔融性温度测定结果受多方面因素影响，在保证试验温度测量、升温速度和托板材料都符合要求的情况下，减少由于灰锥样品制作不均匀，炉膛内烟雾引起的观察问题等，则会得到更科学、准确的结果。

【关键词】煤灰熔融性煤质分析影响因素煤灰成分研磨特异性变化炉膛气氛
1.前提：
煤灰熔融性是指煤灰在高温条件下软化、熔融、流动时的温度特性，是动力用煤和气化用煤的重要性能指标。

通常煤灰熔融性采用角锥法进行测定，即将煤灰中加入糊精，制成三棱锥形状的灰锥，放入灰熔融性测定仪，在一定气氛下加热，观察在加热过程中灰锥的变形情况，依此确定煤灰熔融性。

在煤质学中，煤灰熔融性是煤质分析指标之一。

灰熔融性低的煤种，在燃烧时易结焦。

无论电厂锅炉，还是煤气化炉的设计工作，都必须认真研究灰熔融性温度，其值大小与炉膛结渣有密切关系，并且对用煤设备的燃烧方式及排渣方式的选取影响重大。

煤灰熔融性高低主要取决于煤灰成分的组成比例，而对于四个特征温度的判断直接决定结果的准确性。

煤灰的熔融特性不仅与灰的成分有关，还与燃烧过程中灰中各成分之间的相互作用有关。

灰熔融性温度主要取决于煤中的矿物组成、其氧化物的成分和配比及燃烧气氛等。

为了实现控制煤灰熔融性温度
的目的，以适应不同排渣方式的燃烧、气化技术或扩大煤种的适用范围，对其进行深入研究显得尤为必要。

2.对高熔融灰特征温度的判定
根据灰熔融性温度的高低，通常把煤灰分为易熔、中等熔融、难熔和不熔四种，其熔融温度范围大致为：
易熔灰ST值在1160℃以下；
中等熔融灰ST值在1160～1350℃之间；
难熔灰ST值在1350～1500℃之间；
不熔灰ST值则高于1500℃。

一般把ST值为1350℃作为锅炉是否易于结渣的分界线，灰熔融性温度越高，锅炉越不易结渣，反之，结渣越严重。

煤灰一般呈灰白色时，灰的熔融性就会比较高，这就是我们常说的高熔融灰，即难熔灰。

在日常工作中有时会观察到一些高熔融灰在温度不太高时就发生了锥尖弯曲，但是侧棱与锥尖都未变圆或光滑，侧棱依旧棱角分明，有的测试者就会把此时温度判定为DT，但有时直到实验结束（即炉温达到1500℃），也未出现其他三个温度的特征，或者其他三个温度特征都非常高，违背了四个特征温度的相互关系。

那么我们在观察时就要注意，只有侧棱与锥尖弯曲并变光滑时才可判定为DT。

所以应该在灰锥刚刚发生变化时，多观察，仔细记录，然后再依据标准规定进行判断是否可以判定为DT，这样才能对灰熔融性做出科学、客观的判定。

3.对Fe2O3含量较高的灰熔融性测定
含铁较高的灰一般呈红色。

在弱还原性气氛下，铁以FeO的形态存在，与其他价态的铁（Fe2O3，Fe）相比，FeO的熔点最低，为1420℃，而且具有最强的助熔效果。

FeO与某些矿物质之间会产生低熔点的共熔物，因而使煤灰熔融性温度降低。

当煤灰中Fe2O3含量较高时，会降低灰熔融性温度，且在弱还原性气氛下(FeO)更为显著。

但还有一点容易被测试者忽略：因为Fe2O3在煤灰样中分布不均匀，即使煤样已被磨细至粒度≤0.2mm，依照国标规定制成的灰样中，Fe2O3分布也不均匀，致使在测定的过程中，观察到的试样出现鼓泡及其他特异的变化特征，而无法根据标准规定来判定其特征温度，这样就会使我们在判定灰熔融性特征温度上出现很大的偏差。

例：样品1
灰成分SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO TiO2SO3
含量44.66 21.92 19.15 3.95 1.18 0.92 2.25 灰熔融性特征温度DT ST HT FT
研磨前变化特征
研磨后变化特征
样品2
灰成分SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO TiO2SO3含量33.89 26.31 21.39 6.42 1.79 0.56 5.17
灰熔融性特征温度DT ST HT FT
研磨前变化特征
研磨后变化特征
所以我们在制作灰锥前应把灰样仔细研磨，然后充分混匀，再进行灰锥的制作，测定时才能准确的判定灰熔融性的各个特征温度。

4.炉膛内气氛的控制
因为在实际工业用锅炉的燃烧过程中，一般都是在由CO、H2、CH4和CO2为主要成分的弱还原性气氛中进行。

所以我们在实验室中常用的测定灰熔融性特征温度的气氛是弱还原性气氛。

弱还原性气氛的控制方法主要是封碳法：a.对气疏的高刚玉管炉膛：在炉内刚玉舟中央放置15-20g石墨粉，两端放置30-40g无烟煤；b.对气密的高刚玉管炉膛：在刚玉舟中央放置5-6g石墨粉。

在试验过程中，不同数量的碳物质在不同温度下会生成不同量的一氧化碳和二氧化碳。

在炉膛内，1100℃以下时，一氧化碳与二氧
化碳含量处于一定的比例：当V CO:V CO2>1时，为强还原性气氛；V CO:V CO2≈1，V O2<0.5%时，为弱还原性气氛，化学反应式如下：
C+O2=CO
CO+O2=CO2
因为用封碳法控制炉内气氛时，随着温度的升高，炉内一氧化碳含量也会不断增加，炉内环境气氛也相应有所变化。

所以在试验过程中，我们需要用标准锥法来判定炉内气氛，这就需要我们不断调整刚玉舟内所放碳物质的数量，来确定弱还原性环境实际所需碳物质的量。

但在实际操作中，用石墨粉调节气密的高刚玉管炉膛中的气氛时，会放置较多量的石墨粉，因此在高温时炉膛内会生成过多烟雾，从而影响特征温度判断。

所以，在用气密刚玉管调试时，应加适量石墨粉和无烟煤来进行气氛调节，防止烟雾过多影响结果的判断。

5.结论
目前测定煤灰熔融性特征温度，主要还是目视判断，而煤灰的四个特征温度主要是根据实验的形态变化来判断，所以针对特殊的样品，如：高熔融灰特征温度的判定、Fe2O3含量较高的灰熔融性判定，都要根据实际情况来判定各个特征温度，具体情况具体分析。

而对于高温下炉膛内会生成过多烟雾而影响判断的问题，我们应该在实验过程中通过调节石墨粉与无烟煤的比例来解决，既保证测定气氛是弱还原性气氛，又可以防止炉膛内生成过多烟雾。

在日常工作中，某些灰锥可能达不到GB/T219-2008中所规定的特征温度：如有的灰锥明显缩小或缩小而实际不熔，仍维持一定轮廓；有的灰锥易产生膨胀或鼓泡，而鼓泡一破就消失了；有的灰样因未充分磨细、混匀，造成各成分在灰锥中分布不均匀，也在观察特征温度时出现不易判断等问题，所以我们不仅要依据《煤灰熔融性的测定方法》（GB/T219-2008）中提供的灰熔融特征示意图来进行相应的判断，也要多根据实际情况：多观察，仔细记录，才能做出科学、客观的判定。

【作者简介】
刘晓芳生于1973.2.18，1994年7月毕业于山东大学物理系应用电子专业，2008年毕业于辽宁省工程技术大学地质工程专业，高级工程师，现就职于东北煤田地质局沈阳测试研究中心
【参考文献】
《煤质分析应用技术指南》李英华主编中国标准出版社
《煤灰熔融性测定方法》GB/T219-2008 中华人民共和国国家质量监督检验
检疫总局中国国家标准化管理委员会发布
2008-07-29发布
《煤质及化验知识问答》陈文敏主编化学工业出版社。