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1、河北工业职业技术学院毕 业 论 文论文题目：煤灰熔点的测定及影响 系 别 材料工程系 专业年级 08级 冶金设备应用与维护 学生姓名 学号 指导教师 职称 日 期 河北工业职业技术学院毕业设计（论文）成绩评定表姓名 系别材料工程系专业冶金设备应用与维护设计（论文）题目煤灰熔点的测定及影响评语该论文选题有（重要/较重要/一定/不明显）的理论意义或（有较大的/有一定的/无）应用价值。阅读文献（充分/满足要求/少），综述能力（强/较强/一般/差），（全面了解/了解/基本了解/不了解）本领域国内外学术动态。论文（有严密的/有一定的/缺少）理论分析，理论思维能力（强/较强/一般/差），逻辑（严密/合理/
2、不合理），（有、无）新见解。论文写作条理（清晰/较清晰/一般），层次（分明/一般/混乱），文笔（流畅/一般/较差），（符合科技写作规范/不符合规范之处较多）。论文不足：该论文（内容深度不够/信息量不足/应用性不足/重点欠突出/无独到的见解）指导教师（签字）： 年 月 日答辩委员会意见在规定的时间内，（能简明扼要、重点突出地/能较流利地/不能）阐述论文的主要内容，表达能力（强/较强/一般/较差），（能够准确流利地/基本答出/不能正确）回答提出的问题。评定级别： 答辩委员会成员（签字）： 年 月 日毕业实践领导小组意见组长（签字）：年 月 日毕业设计（论文）任务书课题名称 煤灰熔点的测定及影响 专
3、业 冶金设备应用与维护 班级 08一班 姓名 学号 11号 一、 毕业论文（设计）目的：1、学生应在指导教师指导下，独立完成冶金生产总结及调查研究工作，并整理分析所搜集的资料，最后撰写出毕业论文。2、在毕业论文中能综合运用所学的知识。3、通过毕业论文的撰写使学生学会围绕课题进行调研，收集整理资料，并锻炼分析问题、解决问题的能力，掌握冶金生产工作的一般程序、内容和方法。4、培养实事求是、扎扎实实的工作作风和严肃认真的科学态度。5、论文格式、字数符合河北工院毕业论文撰写规范。二、 毕业论文（设计）时间进度安排：论文（设计）按五周计算：第一周：熟悉毕业论文任务书，在指导教师的帮助下对该论题进行初步调
4、研分析，查阅相关文献资料。第二周：完成论文框架的构建，并提交论文写作大纲。第三四周：完成论文初稿写作。第五周：经指导教师的审阅完成论文的定稿及写作，准备参加论文答辩。三、 计划答辩时间：2009年6月9日6月11日指导教师（签字）： 毕业实践领导小组组长（签字）： 年 月 日 年 月 日目录一、前言1二、主体1(一)国标灰熔点测定方法的描述1(二)煤灰熔点测定的设备及技术要求1(三)煤灰熔点的测定气氛条件的控制1(四) 测定步骤21、灰的制备22、灰锥的制做33、在弱还原性气氛中测定34、测定结果的判断35、测定结果的表达46、 煤灰熔融性测定的精密度4(五)影响煤灰熔融性温度的因素41、 粒
5、度大小52、升温速度53、 气氛性质54、角锥托板的材质55、主观因素56、煤灰中SiO2对煤灰熔融性温度的影响67、煤灰中A12O3对煤灰熔融性温度的影响68、 煤灰中CaO的含量对煤灰的熔融性温度的影响79、 煤灰中Fe2O3和MgO及Na2O和K2O对煤灰熔融性温度的影响710、TiO2对煤灰熔融性温度的影响811、矿物组成的影响8(六)煤灰熔融性与锅炉结渣的关系10致谢12煤灰熔点的测定及影响一、前言随着高炉煤粉喷吹技术的不断发展和提高、链篦机一回转窑生产线的大量兴建，炼铁界对煤的研究亦不断深入。煤的理化性能尤其是煤的灰分熔点对高炉喷吹、燃烧效果以及回转窑喷煤焙烧球团的结圈有着直接的影
6、响。因此，采用正确的方法，准确测定煤的灰分熔点，以指导工业生产，对于进一步提高高炉喷煤技术水平和改善链篦机一回转窑球团生产条件、防止回转窑结圈是十分必要的。二、主体(一)国标灰熔点测定方法的描述煤灰的熔点即煤灰的熔融性是指煤灰受热时由固态向液态逐渐转化的特性，煤灰的熔融性是动力用煤高温特性的重要测定项目之一。由于煤灰不是一个纯净物，它没有严格意义的熔点，衡量其熔融过程的温度变化，通常用三个特征温度：即变形温度（DT），软化温度（ST）、流动温度（FT）。这三个温度代表了煤灰在熔融过程中固相减少，液相渐多的三点，在工业上多用软化温度作为熔融性指标，称为灰熔点。煤灰熔点测定可提供锅炉设计有关数据、
7、预测燃煤情况、锅炉燃烧方式选择、判断煤灰渣型。掌握正确的煤灰熔点测定技术，煤灰熔点对锅炉结渣情况的影响，可为减轻或避免锅炉结渣提供有效的依据。(二)煤灰熔点测定的设备及技术要求按国家标准GB21974规定要求，应用硅碳管高温炉应满足有足够大的恒温区，恒温区内温差应不大于5；能按照规定的温升速度升温至1500；炉内气氛能方便控制为弱还原性或氧化性；能在试验过程中随时观察试样的变化情况；电源要有足够容量，可连续调压。设备有铂铑铂热电偶及高温计，测温范围为01600，最小分度为5K，经校正后（半年校正一次）使用，热电偶要用气密性刚玉管保护，防止热端材质变异。灰锥模子，由对称的两半块构成的黄铜或不锈钢
8、制品。灰锥托板模，由模座、垫片和顶板三部分构成，用硬木或其他坚硬材料制做。常量气体分析器，可测定一氧化碳、二氧化碳和氧气含量。(三)煤灰熔点的测定气氛条件的控制煤灰熔融性温度测定的气氛一般有三种，一种是氧化性气氛，一种是强还原性气氛，另一种是弱还原性气氛。不同气氛下的煤灰熔融性变化规律不同。 在弱还原性气氛下，测定DT、ST、FT均小于氧化性气氛下的测定值，且随煤灰化学成分不同，二种气氛之间的特征温度差值也不同，大约在10130。这是由于煤灰中的铁有3种价态，它们是Fe2O3(熔点为1560)、FeO(熔点为1420)和Fe(熔点为1535)。在氧化性气氛中以Fe2O3形式存在，在弱还原气氛中
9、，以FeO的形态存在，与其他价态的铁相比，FeO具有最强的助熔效果。FeO能与SiO2、A12O3、3A12O32SiO2(莫来石，熔点1 850)、CaOA12O32SiO2(钙长石，熔点1553)等结合形成铁橄榄石(2FeOSiO2，熔点1205)、铁尖晶石(FeOA12O3，熔点1780)、铁铝榴石(3FeOA12O33SiO2，熔点12401300)和斜铁辉石(FeOSiO2)，这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更为显著。弱还原气氛下的反应为： Fe2O3FeO (1) 3A12O32SiO
10、2+FeO2FeOSiO2+FeOA12O3 (2) CaOA12O32SiO2+FeO3FeOA12O33SiO2+2FeOSiO2+FeOA12O3 (3) SiO2+FeOFeOSiO2 (4) FeOSiO2+FeO2FeOSiO2 (5)在强还原气氛下，煤灰在熔融过程中的氧元素被大量还原，所剩绝大部分是金属或非金属单质，其单质的熔融温度要高出其氧化物许多，这些在强还原气氛下被还原出来的金属单质导致了煤灰熔融性温度的升高。因此，强还原气氛下的煤灰熔融性温度均比氧化气氛下高，差值在50200。常用的气氛是弱还原性气氛。这是因为在工业锅炉的燃烧中，一般都形成由CO、H2、CH4、CO2和O
11、2为主要成分的弱还原性气氛，所以煤灰熔融性温度测定一般也在与之相似的弱还原性气氛中进行。所谓弱还原性气氛，是指在10001300范围内，还原性气体（CO、H2、CH4）总含量在10%70%之间，同时在1100以下时，它们和CO2的体积比不大于1：1，含氧量不大于0.5%。对于弱还原性气氛的控制方法，一般有两种，一种是封碳法，它是将一定量的木碳、石墨、无烟煤等含碳物质封入炉中，这些物质在高温炉中燃烧时，产生还原气体（CO、H2、CH4），形成弱还原性气氛。封碳法简单易行，在国内普遍采用。另一种是通气法，在测定煤灰熔融性温度的炉内通入40%5%的一氧化碳和60%5%的二氧化碳混合气或50%10%的
12、二氧化碳和50%10%的氢气混合气。通气法容易调节并能获得规定的气体组成。对于氧化性气氛的控制，是煤灰熔融性温度测定炉内不放置任何含碳物质，并使空气在炉内自由的流通，这一方法更为简单，也被许多工厂采用。 (四) 测定步骤1、灰的制备取粒度小于0.2mm的分析煤样，按照测定灰分的方法，将煤样置于瓷方皿内，放入箱形电炉中，使温度在30min内逐渐升到500，在此温度下保持30min，然后升至81510，关闭炉门灼烧1h，使煤样全部灰化，之后取出方皿冷却至室温，再将煤灰样用玛瑙钵研细，使之粒度全部达到0.1mm以下。2、灰锥的制做取12g煤灰样放在瓷板或玻璃板上，用数克糊精水溶液湿润并调成可塑状，然
13、后用小尖刀铲入不锈钢灰锥模中挤压成高为20mm，底边长7mm的正三角形锥体，锥体的一个棱面垂直于底面。用小尖刀将模内灰锥小心地推至瓷板或玻璃板上，放在空气中干燥或放入60恒温箱内干燥后备用。3、在弱还原性气氛中测定用10%糊精水溶液将少量氧化镁调成糊状，用它将灰锥固定在灰锥托板的三角坑内，并使灰锥的垂直棱面垂直于托板表面。将带灰锥的托板置于刚玉舟的凹槽内，如用封碳法来产生弱还原性气氛，预先在舟内放置足够量的碳物质。打开高温炉炉盖，将刚玉舟徐徐推入炉内，使灰锥位置恰好处于高温恒温区的中央，将热电偶插入炉内，使其顶端处于灰锥正上方5mm处，关上炉盖，开始加热并控制升温速度为：900以下时，（152
14、0/min），900以上时（51/min）。如用通气法产生弱还原性气氛，应通入1：1的氢气和二氧化碳混合气体，当炉内温度为600时开始通入二氧化碳，以排除炉内的空气，700时开始通入混合气体。气密性较好的炉膛，每分钟通入100ml，以不漏入空气为准。每20min记录一次电压、电流和温度。随时观察灰锥的形态变化（高温下观察时，需戴上墨镜），记录灰锥的四个熔融特征温度：变形温度DT，软化温度ST，半球温度HT，流动温度FT。待全部灰锥都达到流动温度或炉温升至1500时断电，结束试验，待炉子冷却后，取出刚玉舟，拿下托板，仔细检查其表面，如发现试样与托板作用，则需另换一种托板重新试验。4、测定结果的判
15、断在测定过程中，灰锥尖端开始变圆或弯曲时温度为变形温度DT，如有的灰锥在弯曲后又恢复原形，而温度继续上升，灰锥又一次弯曲变形，这时应以第二次变形的温度为真正的变形温度DT。当灰锥弯曲至锥尖触及托板或锥体变成球形或高度不大于底长的半球形时的温度为软化温度ST。当灰锥变形至近似半球形即高等于底长的一半时的温度为半球温度HT。当灰锥熔化成液体或展开成高度在1.5mm以下的薄层或锥体逐渐缩小，最后接近消失时的温度为流动温度FT。某些灰锥可能达不到上述特征温度，如有的灰锥明显缩小或缩小而实际不熔，仍维持一定轮廓；有的灰锥由于表面挥发而锥体缩小，但却保持原来形状；某些煤灰中SiO2含量较高，灰锥易产生膨胀
16、或鼓泡，而鼓泡一破即消失等，这些情况均应在测定结果中加以特殊说明。5、测定结果的表达将记录灰锥的四个熔融特征温度（DT、ST、HT、FT）的重复测定值的平均值化整到10报出。当炉内的温度达到1500时，灰锥尚未达到变形温度，则该灰样的测定结果以DT、ST、HT、FT均高于1500报出。由于煤灰熔融性是在一定气氛条件下测定的，测定结果应标明其测定时的气氛性质及控制方法。标明托板材料及试验后的表面状况，及试验过程中产生的烧结、收缩、膨胀和鼓泡等现象及其产生时的相应温度。根据灰熔融性温度的高低，通常把煤灰分成易熔、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
17、灰ST值在11601350之间； 难熔灰ST值在13501500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，结渣严重。6、 煤灰熔融性测定的精密度煤灰熔融性测定的精密度值见表1。(五)影响煤灰熔融性温度的因素1、 粒度大小煤灰粒度小，比表面积大，颗粒之间接触的机率也高，同时，还具有较高的表面活化能，因此，同一种煤灰，粒度小的比粒度大的熔融性温度低。例如某种煤的煤灰的软化温度在粒度小于600m 时为1175；粒度小于250m时为1165；粒度小于75m时为1140。2、升温速度若在软化温前200左右，急剧升温比
18、缓慢升温所测出的软化温度高。当升温速度缓慢时，煤灰中化学成分间相对有时间进行固相反应，因此，软化温度点相对在较低温度出现。3、 气氛性质煤灰的熔融性温度受气氛性质的影响最为显著，特别是含铁量大的煤灰更为明显。这主要是由于煤灰中铁在不同性质气氛中有不同形态，并进一步产生低熔融性的共熔体所致。因此要定期检查炉内气氛的性质，才能保证测定结果的可靠性，通常检查炉内气氛性质的方法有下列两种。参比灰锥法：此法简单易行，效果较好，被广泛采用。先选取具有氧化和弱还原性两种气氛下的煤灰熔融性温度的标准煤灰，制成灰角锥，而后置于炉中，按正常操作测定其四个特征温度，即变形温度（DT），软化温度（ST），半球温度（H
19、T），流动温度（FT）。当实测的软化温度（ST），半球温度（HT），流动温度（FT）与弱还原性气氛下的标准值相差不超过50时，则认为炉内气氛为弱还原性。如果超过50，则要根据实测值与氧化气氛或弱还原性气氛下的相应标准值的接近程度及封碳物质的氧化情况判断炉内气氛性质。气体分析法：用一根内径为35mm气密的刚玉管直接插入炉内高温带，分别在10001300和1100下抽取炉内气体，抽样速度以不大于67ml/min抽出气体。若用气体全分析仪分析气体成分时，可直接用该仪器的平衡瓶（内装水）抽取气体较为方便；若采用气相色谱分析仪时，则可用100ml注射器抽取气体样品，取样结束后立即送实验室分析。在1000
20、1300范围内还原气体（CO、H2、CH4）体积百分量为10%70%，同时在1100以下它们的总体积和二氧化碳的体积比不大于1：1，O2的体积百分比0.5%，则炉内气氛是弱还原性。4、角锥托板的材质耐火材料有酸性和碱性之分，它们在高温下，同一般酸碱溶液一样也会发生化学反应，因此，在测定煤灰熔融性温度时，要注意托板的选择，否则，会使测定结果偏低。多数煤灰中酸性物（A12O3+SiO2+TiO2）大于碱性物（Fe2O3+MgO+CaO+K2O+Na2O），可采用刚玉（A12O3）或氧化铝与高岭土混合制成的托板。相反，碱性煤灰则要选用灼烧过的菱苦土（MgO）制成的托板。5、主观因素由于煤灰成分是由多
21、种氧化物（含常量元素氧化物及稀散元素氧化物）混合而成的一种复杂物质，从固态转化为液态无一固定熔点，而只有一个熔融温度范围，在这一熔融过程中煤灰锥的形态变化是多种多样的，很难给予准确的描述，再加上作为判断四个特征温度形态的规定都是非量化的，这就容易造成由于个人的理解和实验经验的不同而使判断有所差异，特别是变形温度（DT）的差别更为突出。然而，这种情况在热显微照相法中有极大的改善。6、煤灰中SiO2对煤灰熔融性温度的影响煤灰中SiO2的含量较多，其质量分数占30%70%。几乎所有矿物组成中都含有SiO2，主要来自煤中的石英、高岭石(A12O32SiO22H2O)和伊利石(K2O5A12O314Si
22、O26H2O)等矿物。煤灰中SiO2主要以非晶体的状态存在，有时起提高熔融温度作用，有时则起助熔作用。SiO2质量分数每增减1%，对熔融性温度的变化很小，仅在24；SiO2质量分数在45%60%，随着其质量分数的增加，煤灰熔融性温度降低。SiO2主要起助熔作用，原因是在高温下，SiO2很容易与其他一些金属和非金属氧化物形成一种玻璃体的物质。同时，玻璃体物质具有无定型的结构，没有固定的熔点，随着温度的升高而变软，并开始流动，随后完全变成液体。SiO2含量愈高，形成的玻璃体成分愈多，所以煤灰的FT与ST之差也随着SiO2含量的增加而增加。SiO2质量分数超过60%时，SiO2含量的增加对煤灰熔融性
23、温度的影响无一定规律，这主要是由于SiO2是网络形成体氧化物，而煤灰中还有许多其他氧化物，这些氧化物可分为修饰中间氧化物和网络氧化物，这3类氧化物间的相互作用使得SiO2表现出助熔的不确定性。而当SiO2质量分数超过70%时，其灰熔融性温度均比较高，ST最低也在1300以上。原因是此时已无适量的金属氧化物与SiO2结合，有较多游离的SiO2存在，致使熔融性温度增高。煤灰SiO2含量较高，多呈酸性。在酸性灰渣中，碱性氧化物的存在起了降低灰熔融温度的作用。7、煤灰中A12O3对煤灰熔融性温度的影响煤灰中A12O3质量分数变化较大，有的在3%4%，有的高达50%以上，我国煤灰中A12O3，平均质量分
24、数28.2%。文献指出，煤灰中A12O3的含量对灰熔融性温度的相关密切程度最高，且成正相关性。这是由于A12O3具有牢固的晶体结构，熔点2 050，在煤灰熔化过程中起“骨架”作用，A12O3含量越高，“骨架”的成分越多，熔点就越高。煤的灰熔融性温度总趋势是随灰中A12O3含量的增加而逐渐增高。煤灰中A12O3，质量分数自15%开始，煤灰熔融性温度随着A12O3含量的增加而有规律地升高；当煤灰中A12O3质量分数超过40%时，不管其他煤灰成分含量变化如何，ST一般都大于1400。但由于煤灰组分的复杂性和各组分的变化幅度很大，即使是A12O3质量分数低于30%(有的在10%以下)的煤灰，也有不少样
25、煤的ST在1400，甚至1 500以上。所以，对A12O3含量低的煤，仅以A12O3含量大小还不能完全确定灰熔融性温度的高低，而需要对各个成分的综合判断才能确定煤灰熔融性温度的高低。此外，由于A12O3晶体具有固定熔点，当温度达到相关铝酸盐类物质的熔点时，该晶体即开始熔化并很快呈流体状，因此，当煤灰中A12O3质量分数高于25%时，FT和ST之间的温差随煤灰中A12O3含量的增加而愈来愈小。8、 煤灰中CaO的含量对煤灰的熔融性温度的影响煤灰中CaO质量分数变化很大，有的低至0.1%，也有高达50%以上的，但总的看来，烟煤灰中的CaO平均值最低，无烟煤灰的CaO含量最高。我国煤灰中的CaO质量
26、分数大部分在10%以下，少部分在10%30%，只有极少部分大于30%。CaO本身是一种高熔点氧化物(熔点2610)，同时也是一种碱性氧化物，所以，它对样品熔点的作用比较复杂，既能降低灰熔融性温度，也能升高灰熔融性温度，具体起哪种作用，与样品中CaO的含量和样品的其他组分有关。随着煤灰中CaO含量的增加，煤灰熔融性温度呈先降后升的趋势。CaO质量分数在30%以下时，煤灰熔融性温度随CaO的增高而降低。原因是在高温下，CaO易与其他矿物质形成钙长石(CaOA12O32SiO2)、钙黄长石(2CaOA12O32SiO2，熔点1553)、铝酸钙(CaOA12O3，熔点1370)及硅钙石(3CaOSiO
27、2，熔点2130)等矿物质，这几种矿物质在一起会发生低温共熔现象，从而使煤灰熔融性温度下降。如钙长石和钙黄长石两种钙化合物就容易形成1 170和1 265的低温共熔化合物。其主要反应如下： 3A12O32SiO2+CaOCaOA12O32SiO2 (6) CaOA12O32SiO2+CaO2CaOA12O32SiO2(7) SiO2+CaOCaOSiO2(假钙灰石) (8) CaOSiO2+CaO3CaOSiO2 (9)煤灰中CaO质量分数大于40%时，ST有显著升高的趋势。这是由于煤灰中CaO含量过高时，一方面CaO多以单体形态存在，会有熔点2 570的方钙石(CaO)产生，煤灰的ST自然升
28、高；另一方面CaO作为氧化剂，在破坏硅聚合物的同时，又形成了高熔点的正硅酸钙(CaSiO3，其纯物质在2130熔融)，致使体系熔融性温度上升。9、 煤灰中Fe2O3和MgO及Na2O和K2O对煤灰熔融性温度的影响(1)Fe2O3对煤灰熔融性温度的影响煤灰中Fe2O3的质量分数在5%15%居多，个别煤灰中高达50%以上。煤灰中Fe2O3系助熔组分，易和其他化学成分反应生成易熔化合物，总的趋势是煤灰的ST随Fe2O3含量的增高而降低。前已述及，Fe2O3的助熔效果与煤灰所处的气氛有关，无论在氧化气氛或者弱还原气氛中，煤灰中的Fe2O3含量均起降低灰熔融性温度的作用，在弱还原性气氛下助熔效果最显著。
29、这是由于在高温弱还原气氛下，部分Fe3+离子被还原成为Fe2+，Fe2+易和熔体网络中未达到键饱和的O2-相联接而破坏网络结构，降低煤灰熔融性温度。同时，FeO极易和CaO、SiO2、A12O3等形成低温共熔体；相反，Fe3+离子的极性很高，是聚合物的构成者，能提高煤灰熔融性温度。(2)MgO对煤灰熔融性温度的影响煤灰中MgO含量较少，大部分在3%以下，一般很少超过13%。煤灰中MgO通常起降低煤灰熔融性温度的作用，其含量增减对熔融性温度的升降影响较大，MgO质量分数每增加1%，熔融性温度降低2231。实验结果表明，MgO含量增加时，灰熔融性温度逐渐降低，至MgO质量分数为13%17%时，灰熔
30、融性温度最低，超过这个含量时，温度开始升高。但因在煤灰中MgO含量很少，实际上可以认为它在煤灰中只起降低灰熔融性温度的作用。 (3)Na2O和K2O对煤灰熔融性温度的影响煤灰中的Na2O和K2O含量一般较低，但它们若以游离形式存在于煤灰中时，由于Na+和K+的离子势较低，能破坏煤灰中的多聚物，因此，它们均能显著降低煤灰熔融性温度。实际上，绝大多数煤灰中Na2O质量分数不超过1.5%，K2O质量分数不超过2.5%，这些煤灰中的K2O一般不是以游离形式存在，而是作为黏土矿物伊利石的组成成分而存在。实验证明，伊利石受热直到熔化，仍无K2O析出。因此，非游离状态的K2O对煤灰熔融性温度的降低作用就大大
31、减小了。Na2O和K2O熔点低，容易与煤灰中的其他氧化物生成低熔点共熔体。如在煤灰中添加K2O，从900左右开始，K2O与A12O3、石英形成白榴石(K2OA12O34SiO2)，纯白榴石在1 686熔融，白榴石与煤灰中碱性氧化物可以进一步反应，生成低温钠长石和钾长石的固溶体。同样，在煤灰中添加Na2O，从800开始，Na2O与A12O3、石英形成霞石(Na2OA12O32SiO2)，霞石为典型的碱性矿物，具有比钾长石(K2OA12O36SiO2)更强的助熔性，在1060开始烧结，随着碱含量增减，在11501200范围内熔融。对一般煤种而言，Na2O和K2O含量总是很少，但其影响应引起充分重视
32、。碱金属是造成锅炉烟气侧高温玷污和腐蚀的主要因素，也对炉膛结渣起不良作用。这是因为Na2O在高温下与SO3化合成Na2SO4，其熔点仅有884，对锅炉结焦来说，起着“打底”的作用。所以，Na2O含量虽少，但不能忽视其危害。10、TiO2对煤灰熔融性温度的影响TiO2是雪白的粉末，俗称钛白。钛白的黏附力强，不易起化学变化，它的熔点1850，常被用来制造耐火玻璃、釉料、珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。TiO2主要以类质同象替代存在于高岭石的晶格中，它的含量与煤灰中高岭石的多少及晶格好坏有关。在煤灰中，TiO2始终起到提高灰熔融性温度的作用，其含量增减对灰熔融性温度的升降影响非常大，TiO2质量分数
33、每增加1%，灰熔融性温度增加3646。11、矿物组成的影响煤中矿物质有3种来源：原生矿物质、次生矿物质和外来矿物质。原生矿物质是原始成煤植物含有的矿物质，次生矿物质是通过水力和风力搬运到泥炭沼泽中而沉积的碎屑矿物和从胶体溶液中沉积出来的化学成因矿物，这两类矿物质统称煤的内在矿物质，与煤结合紧密，较难洗选脱除。外来矿物质是在采煤过程中混入煤中的底板、顶板和夹石层中的矸石，这类矿物质较易通过洗选除去。煤中矿物质主要有石英(SiO2)、白云石(CaCO3MgCO3)、方解石(CaCO3)、黄铁矿(FeS2)以及高岭石(A12O32SiO22H2O)等。实验表明，煤中矿物成分在800之前主要发生的化学
34、反应有： 白云石受热分解： CaCO3MgCO3MgO+CaO+2CO2 (10) 方解石受热分解： CaCO3CaO+CO2 (11) 高岭石失水转变成为偏高岭石： A12O32SiO22H2OA12O32SiO2+2H2O (12)煤中矿物质多以复合化合物的形式存在，燃烧生成的灰分也往往是多种组合结成的共熔物。这些复合物的共熔物熔点温度要比纯净氧化物的熔化温度低得多，如复合化合物CaOFeOSiO2熔点仅为1100。高温下这些矿物组分除了可能发生受热熔融和氧化、还原等变化之外，矿物组分之间还可能发生化学反应，生成新的矿物，且矿物组分之间也可能发生低温共熔现象。因而，煤灰在燃烧过程中的所有变
35、化行为，是这些多种变化的综合体现。例如，对于CaO-Fe2O3体系，当CaO/Fe2O3摩尔比为2时，在800900时开始反应，生成2CaOFe2O3，新生态2CaOFe2O3易与其他组分发生反应，生成新的低熔点复杂化合物，据此推断，煤灰中Fe2O3和CaO两成分对于降低灰熔融特性温度具有叠加作用。又如，A12O3本身熔点很高(2050)，随A12O3含量增加而煤灰熔融性温度升高。相反，Fe2O3、K2O、Na2O含量高时，易与A12O3、FeO等生成低熔点的共晶体，会产生助熔作用。煤灰中的矿物可分为耐熔矿物和助熔矿物两大类。通常，煤灰中的耐熔矿物是石英、偏高岭石(A12O32SiO2)、莫来
36、石(3A12O32SiO2)和金红石(TiO2)，而常见的助熔矿物是赤铁矿(Fe2O3)、石膏(CaSO42H2O)、酸性斜长石(钠长石与奥长石的统称)和硅酸钙(Ca-SiO3)。煤灰中掺入耐熔矿物可提高灰熔融性温度，反之掺入助熔矿物可降低煤灰熔融性温度。一般而言，灰熔融性温度较低的煤灰，硫酸盐、碳酸盐、硫化物、氧化物、蒙脱石和长石含量较高；而高岭石、伊利石、金红石含量较高的煤灰，灰熔融性温度则较高。硅酸盐矿物含量高的煤灰，灰熔融性温度较高；反之，则硫酸盐和氧化物矿物含量高，煤灰熔融性温度较低。在氧化气氛中，褐煤灰中具有显著助熔作用的成分是Na2O和K2O，其次是CaO和MgO。利用煤灰熔融性
37、温度的变化规律，采用配煤或添加剂方式控制煤的灰熔融性温度。如神木煤灰熔融性温度低(ST1250)，在用于固态排渣的锅炉时，易结渣造成排渣困难。通过添加高岭石能够提高煤灰熔融性温度，但添加不同的高岭石，煤灰熔融性温度提高的幅度不同。添加的高岭石如使煤灰的SiO2/A12O3越低，则越能显著提高神木煤灰的ST值。借助CaO-A12O3-SiO2三元相图，分析原因是煤灰组成逐渐移向莫来石初晶区，钙黄长石消失，莫来石生成量增加，莫来石的熔点很高，因而煤灰熔融温度提高。添加的高岭石(如使神木煤灰的SiO2/A12O3提高)，则其提高煤灰ST值不显著，原因是SiO2/A12O3增加，灰中自由SiO2增多，
38、与其他氧化物结合为各种低熔点硅酸盐也增多，煤灰组成移向共熔温度较低的区域。煤灰中加入高岭石后，煤灰-高岭石混合物在软化熔融时的主要生成物为钙长石、方石英、铁橄榄石、铁尖晶石和莫来石等，在高温下可能发生如下反应： CaO+A12O32SiO2CaOA12O32SiO2 (13) A12O32SiO23A12O32SiO2+SiO2(无定形)(14) SiO2(无定形)SiO2(方石英) (15) CaO+3A12O32SiO2CaOA12O32SiO2 (16) SiO2+FeO2FeOSiO2 (17) FeO+3A12O32SiO2FeOA12O3+SiO2 (18)又比如淮南煤熔融性温度高
39、(FT1500)，不能单独用于液态排渣的Texaco气化炉。利用淮南当地煤炭与其他低灰熔融性温度煤种配合，可以显著降低高灰熔融性煤的ST值。需要注意的是，煤灰化学成分、温度和配煤比对配煤煤灰矿物质行为产生重要的影响。配煤虽然能有效改善煤灰熔融性温度，但与配比之间是非线性关系，原因是混煤煤灰在加热过程中各矿物质之间形成了复杂的低熔点共熔物现象所致。然而配煤的灰成分具有加和性，因此，在煤种确定条件下，可以近似利用煤灰成分的加和性质，直接对不同的配煤和配煤比例预测灰熔融性温度。(六)煤灰熔融性与锅炉结渣的关系引起锅炉结焦的因素是多方面的，而且各种因素又相互关联，煤在锅炉内燃烧时，生成大量灰渣，灰渣在
40、高温下可能熔化而粘附在锅炉受热面上，造成结渣。根据运行经验，煤灰软化温度小于1350就有可能造成炉膛结渣。故煤粉固态排渣炉要求灰熔融性温度高。熔渣在水冷壁受热面以及没有水冷壁保护的燃烧室衬砖上沉积，并影响液态排渣。结渣不仅影响锅炉的受热，消耗热量，破坏水循环，而且能将烟道部分堵塞，阻碍通风，增加引风机的负荷，从而降低了锅炉的出力。在结渣严重的情况下，可能迫使锅炉停止运行。此外熔化的灰渣对锅炉燃烧室的耐火衬砖具有很大的侵蚀作用（锅炉更换衬砖绝大部分是由此原因造成的），从而增加了检修费用。为了避免锅炉严重结渣，对煤质与灰渣的特性要求如下：煤中灰分含量及含硫量不宜过大，煤粉不宜过粗，否则都容易促使结
41、渣情况发生或加剧结渣的严重程度；煤灰应有较高的熔点，一般灰的软化温度(ST)值应大于1350。煤灰熔融过程中DT-ST之间的温度为软化区间温度，根据其范围把灰分为长渣和短渣，一般认为软化区温度大于200为长渣，小于100为短渣。通常短渣的煤易于结渣，燃用长渣的煤较为安全。一般宜选用气氛条件对煤灰熔融性影响较小的煤种，由于其灰渣特性受运行工况的波动影响较小，因此有助于锅炉的稳定燃烧。 因此，掌握煤灰在高温下的熔融特性的测定技术，了解煤灰熔融性对锅炉结渣的影响，为如何避免或减轻锅炉的结渣，提供了依据。致谢本论文是在导师齐素慈老师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！12