煤灰熔融溫度還原氣氛

21/22煤灰熔融溫度還原氣氛摘要煤炭作為21世紀最重要的化石能源，對其性質(zhì)的探討受到越來越多的關(guān)注。煤灰熔融性的測定對工業(yè)火電廠和氣化爐的造氣生產(chǎn)具有重要意義。本實驗用ＳDAＦ２0０0ｂ煤灰熔融性測定儀分別測定多種煤樣在氧化性氣氛和弱還原性氣氛下的灰熔點。它能對工業(yè)用煤排渣氣氛的控制、煤灰渣型的預測等等提供初步材料。結(jié)果表明，氣氛對煤灰熔融性的影響還是顯而易見的。因為煤灰中鐵元素的狀態(tài)不同，弱還原性氣氛下的煤灰熔融點比氧化氣氛下的熔融點低約1０~130℃左右。由于實驗條件的限制，沒有進一步分析煤質(zhì)礦物成分與灰熔點的關(guān)系。關(guān)鍵詞：煤灰,熔融溫度,還原氣氛AbｓtrａctＴhe２1stcenｔｕrｙ’smostimpoｒtaｎtfosｓｉleneｒgyiscoal，thestｕdyofthecoａlisattractiｎgmoｒeandmoreaｔtenｔion.Determｉｎaｔionoｆｉｎdustｒiａlｃoaｌashmeltiｎgisimｐｏrtaｎtfoｒｉndusｔｒiaｌｐｏweｒpｌantsandgasｉｆiergasificatiｏｎprodｕctioｎ.TｈisexprｉｍeｎtisundｅrSDＡF200０ｂｃoａlashmｅltｉngtester,ｒeｓpeｃtivelyavarietyｏｆｃoalsamplｅsundｅroxｉｄizｉngatｍoｓｐhereandweaｋreduｃingaｔmoｓphｅｒeｏfａshmｅlｔinｇpoint．Itcａnpｒovidesomｅａdvicｅｏfindusｔｒialcoalａt(yī)moｓphereandcｏaltyｐeａshmaterials。Reｓultｓshoｗthａt(yī)theａt(yī)mｏsｐｈereoｆtheｉmpａctｏfｃoａlaｓhmeltingisobvious。Becａｕsetheａｓhiｒoｎsｔatuｓisdｉｆfeｒenｔ，tｈeｗeakreducingatmosｐherｅoｆcoaｌashmeltinｇpｏｉntloweｒtｈanthｅmｅｌtingpointundｅｒoxidizingａt(yī)moｓphereabｏut10~130℃.Dueｔｏtheliｍitaｔiｏnofexｐerimentａlcoｎditiｏns,nｏfurｔhｅranalysiｓwithashmeltingｐｏintｃｏａlmiｎerａｌｃomｐositionrｅｌatiｏnｓhip.Ｋeyword:coalash，fｕsionｔempｅrature，reductｉveatｍosphere；第一章緒論1。1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述現(xiàn)今測煤灰熔融性的方法主要有直接測定法和間接測定法兩種,直接測定煤灰熔融性的方法又分為灰錐法和熱顯微鏡法.煤灰熔融性溫度測試一般有三種氣氛：弱還原性氣氛，強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),并進一步產(chǎn)生低熔融性的共熔體所致。我國煤儲量豐富,據(jù)煤炭資源普查結(jié)果顯示，我國低灰熔點煤占煤炭總量的1/3左右，燃用這類低灰熔點的煤易造成電站鍋爐嚴重的結(jié)渣、腐蝕等問題。而像淮南煤那樣的高灰熔點的煤（1６0０℃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)濟地利用我國的煤炭資源研究如何改變煤的灰熔融性已迫在眉睫。國內(nèi)外許多學者提出了一些可以改變煤灰熔融溫度的方法。對于煤灰熔融性的影響因素主要有五個；一：測試氣氛性質(zhì)的影響，在弱還原性氣氛下，測定ＤT、SＴ、ＦＴ均小于氧化性氣氛下的測定值,且隨煤灰化學成分不同，二種氣氛之間的特征溫度差值也不同,大約在lO℃～１3０℃。當煤灰中Fｅ2O3,含量較高時，會降低灰熔融性溫度，且在弱還原性氣氛下更為明顯。在強還原氣氛下，煤灰在熔融過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,這些在強還原氣氛下被還原出來的金屬單質(zhì)導致了煤灰熔融性溫度的升高。因此。強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定時,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、H2、CH４、CO2、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組成的關(guān)系?；瘜W分析結(jié)果表明，煤灰由Ｓi0２、A1203、Fe203、CaO、MgO、Ｎａ20、K２０、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Si02、A１20３、Ｆｅ203、CaO。Si02、A１2０3和Tｉ02屬于酸性組分，其含量越多，煤灰的熔融溫度就越高；Fe２0３、ＣaO、MgO、Na2O、K2O屬于堿性組分,其含量越多,煤灰的熔融溫度就越低.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明顯關(guān)系;堿性氧化物中的ＣａO和Ｆｅ20，，由于含量高。對煤灰熔融性的影響較之其它幾種組分更為顯著。CａO對煤灰有助熔作用,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，與其它價態(tài)的鐵相比,FeO具有較強的助熔效果。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,就能使煤灰熔融溫度很低；對于硅鋁比較低，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,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的最低溫度(液化溫度)、煤灰成為固體時的最高溫度（固化溫度）,以及在中問溫度時固相和液相的組成。利用相圖能夠預測氧化氣氛下各種礦物或添加劑對煤灰熔融性的影響,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)果可能會產(chǎn)生例外的情況.相態(tài)變化預測煤灰的熔融行為.煤灰是由各種礦物質(zhì)組成的混合物，在高溫下熔融過程較復雜.在加熱過程中，煤灰中除各種礦物組分熔融外，礦物組分之間會發(fā)生反應生成新的無機成分:各礦物組分之間還會發(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),但對同種礦物質(zhì)其衍射強度的變化可近似反映含量的變化。三，停留時間對灰熔融性的影響,停留時問對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分鐘停留時間下的FＴ均比５分鐘下有所上升，但也有例外，F(xiàn)Ｔ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。說明灰渣在強還原氣氛下的變化行為是一個漸進的過程，長時間處于H2氣氛下被還原的程度更深：對于Fe2O3，含量較高的灰樣，在短的停留時間內(nèi)影響十分顯著,而對于Ｆe２O３，含量較低的灰樣，停留時間的影響不明顯。四，強還原氣氛下助熔劑對灰熔融特性的影響，實驗結(jié)果對于煤樣的普適性還有待研究.在強還原氣氛下，氧化鈣對淮北劉二礦灰樣仍然能起到較好的助熔作用，當添加量在３0%—4０％的范圍內(nèi)時，灰熔融溫度Ｆr可以降低到132５0C左右,降幅達160℃左右;而當添加量超過４０%后，熔融溫度又呈上升趨勢。由于氧化鈣添加量較大，.應考慮到經(jīng)濟性因素。而在強還原氣氛下，氧化鐵幾乎沒有助熔作用，當添加量達到30%時，灰熔融溫度將大幅上升，ＦT將超過1５00℃.可能是氧化鐵中的鐵元素被還原成為更低價態(tài)的鐵甚至鐵單質(zhì)，則使得灰熔融溫度上升。由于本實驗只是針對淮北劉二礦灰樣,所以結(jié)論對我國煤種的普適性還有待于迸一步探討。五,強還原氣氛下混煤對灰熔融特性的影響在氧化氣氛，當按照３0％烏蘭商業(yè)和70%寧夏靈武來配比時,灰熔融溫度有一個最低點，F(xiàn)T約為１290。C，相比寧夏靈武灰樣的FＴ降低大約300。C,相比鳥蘭商業(yè)灰樣的FT降低210℃以上。在強還原氣氛Ｈ2下,當兩種灰樣的配比以烏蘭商業(yè)計為20%～３0％的范嗣內(nèi)時，灰熔點下降到最低點，F(xiàn)T最低約為１310℃.相比寧復靈武灰樣在該氣氛下的FT降低約125℃．相比烏蘭商業(yè)灰樣降低19００C以上?；烀汉蟮幕胰廴跍囟鹊陀趦煞N原灰樣熔融溫度的情況。不同于以往混煤中呈單調(diào)下降，趨于較低熔點的趨勢，推測原因主要因為在混煤的配比恰好為某一比例時。兩種灰樣巾的礦物組分在高溫下形成了某種低溫共熔物,導致熔融溫度大幅下降。下面但就氣氛的影響來展開研究.氣氛對煤灰熔融性的影響在國內(nèi)外文獻中多有述及,試驗氣氛是影響煤灰熔融性的主要因素,由于煤中的鐵在不同氣氛下狀態(tài)不同,弱還原性氣氛下的ＦeO熔點最低,且易與煤灰中的SｉO2形成低共熔體。所以煤灰在弱還原性氣氛中熔融溫度最低，在工業(yè)鍋爐的燃燒或氣化室中一般都形成由CＯ,H2，ＣH４,CO２，和O2為主要成分的弱還原性氣氛。所以在弱還原性氣氛中測得的數(shù)據(jù)更有意義，常作為煤的灰熔點。已往數(shù)據(jù)表明，當灰中Fe0，含量達到15%以上時，氧化性氣氛下的軟化溫度和流動溫度比弱還原性氣氛下的溫度高1０0~300℃。工業(yè)鍋爐的燃燒或氣化室一般都是弱還原性氣氛.１。２研究目的:煤炭作為三大化石能源之一,在中國重工業(yè)發(fā)展中起了重要的作用,隨著中國現(xiàn)代化步伐的加快，作為主要能源的煤炭,發(fā)揮了越來越重要的作用。伴隨著人口不斷增長和城鎮(zhèn)化進程的加速，生活能源消費總量和品種發(fā)生了重大變化，研究表明，由于經(jīng)濟總量的增長，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，煤炭消費強度下降。目前化工行業(yè)的煤炭消費主要集中在化肥生產(chǎn)和快速發(fā)展的煤化工產(chǎn)業(yè)。化肥生產(chǎn)主要是以煤炭為原料生產(chǎn)合成氨,煤化工產(chǎn)業(yè)中煤炭轉(zhuǎn)化（煤炭氣化、液化，煤制油和煤制甲醇、烯烴等）是我國能源和煤炭清潔利用發(fā)展的主攻方向.預計到２020年，國內(nèi)煤炭需求量為269０41萬噸.我國煤炭資源分布集中在"三西”,即山西、陜西及內(nèi)蒙西部.目前有6３%的煤炭要從”三西”調(diào)出,我國長期存在北煤南運、西煤東調(diào)的格局.煤炭的管道運輸投資少、建設(shè)周期短、營運費低、為全密閉輸送，不污染環(huán)境。水煤漿經(jīng)管道輸送到終端即可供用戶燃用,而且可長期密閉儲存.在煤化工行業(yè)中,灰熔融性是影響煤的燃燒和氣化的重要因素,工業(yè)上對煤灰熔融性的要求各有不同,如固態(tài)排渣鍋爐和固定床氣化爐中一般使用高灰熔融性煤,液態(tài)排渣的鍋爐和氣化爐使用低灰熔融性煤,以免排渣困難。因此為了正確選擇氣化用煤和鍋爐用煤，須進行煤灰熔融性的測定。常用的測定方法，是將煤灰與糊精混合，顰成灰錐,在高溫爐弱還原氣體介質(zhì)中加熱,分別測定灰熔融性變形溫度Td、軟化溫度Ts、半球溫度Th和流動溫度TF。一般用Ｔｓ(℃)作為煤灰熔融性的主要指標：小于或等于1100℃為易熔灰分,大于1100～12５0℃為低熔灰分，大于12５0~1500℃為高熔灰分，大于１500℃為難熔灰分。煤化工行業(yè)中氣化用料煤的灰熔點是所有氣化煤的一個重要指標,這一特點對焦渣的形成具有重要影響,因此在流化床氣化過程中灰熔點能部分反映形成焦渣的程度,然而對這方面的研究并不多，所以做氣氛對煤灰熔點影響的研究還是很有必要的。１。3研究主題簡介本實驗的課題是氣氛對煤灰熔融性的影響,計劃通過對五種不同的煤樣煤灰分別進行氧化性氣氛和弱還原性氣氛的三個特征溫度進行對比試驗,同一種煤種用三組相同的實驗進行橫向?qū)Ρ?，用三種不同的煤進行驗證性實驗，驗證不同氣氛下對煤灰熔融性的一般規(guī)律。對工業(yè)生產(chǎn)用煤和排渣方式提供初步的實驗指導。1.3.1研究方法：圖1—1測試儀煤灰有多種金屬氧化物組成，其在不同氣氛的熔融點不同主要是因為所含的金屬氧化物的熔融點不同，在弱還原性氣氛下的鐵以二價鐵（FeO）的狀態(tài)存在,氧化性氣氛下鐵變?yōu)?價鐵(Fe２O3），它們的熔融點不同，進而引起灰熔融性的差異.這種差異在國內(nèi)外的研究中多有述及，本實驗選取三種不同的煤樣,進行驗證性的實驗,來得出一般的結(jié)論。通過三種煤樣的平行性實驗，分別測出煤種四種特征溫度變化情況,對不同煤種進行同一性性的實驗，得出最終的結(jié)論。按照煤化學實驗上煤灰熔融性的測試實驗方式，用快速灰化法來制作灰樣，待降到室溫之后利用模具制作灰錐，灰錐自然風干后，分別用SＤAF2000b型灰融點測定爐來進行氧化性氣氛和弱還原性氣氛的測定。通氣法產(chǎn)生氧化性氣氛，封碳法產(chǎn)生弱還原性氣氛，如用封碳法來產(chǎn)生弱還原性氣氛，預先在舟內(nèi)放置足夠量的碳物質(zhì).打開高溫爐爐蓋，將剛玉舟徐徐推入爐內(nèi)，使灰錐位置恰好處于高溫恒溫區(qū)的中央,將熱電偶插入爐內(nèi),使其頂端處于灰錐正上方5mm處,關(guān)上爐蓋，開始加熱并控制升溫速度為：90０℃以下時,(1５～20℃/min)，90０℃以上時（5±1℃/min）.記錄灰錐的四個熔融特征溫度:變形溫度DT，軟化溫度ST，半球溫度HT，流動溫度FT。待全部灰錐都達到流動溫度或爐溫升至1500℃圖1—1測試儀1．３.2控制氣氛的方法控制氣氛的方法有2種：通氣法和封碳法。通常采用封碳法來控制試驗氣氛。在調(diào)整氣氛前，要選擇含碳物質(zhì)的種類、粒度,根據(jù)所使用的剛玉管材質(zhì)來選擇碳物質(zhì)的大致數(shù)量，并確定碳物質(zhì)在爐內(nèi)的放置部位.國標中以“注”的形式提供：一般在剛玉舟中央放置石墨粉１5～２0ｇ，兩端放置無煙煤40~５0g（氣疏高剛玉管爐膛）或在剛玉舟中央放置石墨粉５~6ｇ(氣密高剛玉管爐膛)。本實驗使用的剛玉舟是氣密型的,所以應該采用5～6ｇ的劑量，來加入石墨粉。這是一個大致的量,只能作為一個參考。在實際操作中，具體的封碳量要通過試驗才能得到.在試驗中,不同量的碳物質(zhì)在不同溫度下所生成的CO和CO2的體積不同，其組成在爐內(nèi)不是平衡狀態(tài),而是處于變化狀態(tài):2C+O2＝2CＯ２CO+O2=２ＣO２當CO遠遠多于CO2,氣氛性質(zhì)為強還原性，當CO和CＯ2的體積比接近1：1,氣氛呈弱還原性，說明控制碳物質(zhì)的量，也就是對爐內(nèi)生成的。CO和CO2體積的控制。對任何一臺測定設(shè)備而言，調(diào)整氣氛時無論是增加還是減少碳物質(zhì)的量,灰錐的特征溫度升降都有一定的規(guī)律。有時實驗結(jié)果下出現(xiàn)失敗，是由于對氣氛的控制沒有到位，引起的最終結(jié)果產(chǎn)生很大的誤差。1。4實驗結(jié)果預測：實驗氣氛是影響煤灰熔融溫度的主要因素。這是因為煤灰中含有的鐵在不同的氣氛中將以不同的價態(tài)出現(xiàn)：在氧化性介質(zhì)中它轉(zhuǎn)化變成三價鐵（Fe2O3）；在弱還原性介質(zhì)中,它將轉(zhuǎn)變成二價鐵(ＦeＯ)；在強還原性介質(zhì)中則將轉(zhuǎn)變成金屬鐵(Fe）.三者的熔點以FeＯ最低（1４20℃），F(xiàn)e2O３最高（1560℃),Ｆe居中（1535℃)，且ＦeO能與煤灰中的ＳiO2生成熔點更低的硅酸鹽及其低(共）熔混合物,所以煤灰在弱還原性氣氛中的熔融溫度最低.煤灰中含鐵量越高,氣氛的影響越大。當灰中Ｆe２O3含量達到1５％以上時，氧化性氣氛下的軟化溫度(ST）和流動溫度（FＴ）可能將比弱還原氣氛下的ST和FT高出１00～300℃.１．5實際意義：煤灰的熔融性是動力用煤高溫特性的重要測定項目之一，是動力用煤的重要指標，它反映煤中礦物質(zhì)在鍋爐中燃燒時的變化動態(tài).測定煤灰熔融性溫度在工業(yè)上的特別是火電廠中和氣化爐造氣生產(chǎn)中具有重要意義。其主要用途如下.可以提供鍋爐設(shè)計選擇爐膛出口煙溫和鍋爐安全運行的依據(jù)；可以預測燃煤的結(jié)渣情況；可為不同鍋爐燃燒方式選擇燃煤;可判斷煤灰的渣型；可選擇合適的氣化設(shè)備。在幾個特征溫度中,軟化溫度用途較廣,一般都是根據(jù)它來選擇合適的燃燒或氣化設(shè)備,或根據(jù)燃燒和氣化設(shè)備類型來選擇具有合適軟化溫度的原料煤。例如，固態(tài)排渣燃燒或氣化爐，就要求使用灰的熔融溫度較高的煤，以ＳT〉1350℃為最好,ST>１２５0℃時也能滿足要求。否則爐內(nèi)就容易結(jié)渣，從而影響爐子正常操作或降低氣化質(zhì)量,嚴重時還會造成停爐事故,從液態(tài)排渣爐則要求使用熔融溫度低的煤.第二章實驗裝置和注意事項2.1實驗試劑和材料：２。1.1煤灰熔融性的測定需要如下試劑和材料。ａ糊精，化學純，配成100g/L溶液。b高碳物質(zhì)，灰分低于15％，粒度小于1mｍ的石墨、無煙煤或其他高碳物質(zhì)。ｃ剛玉舟,耐熱150０℃以上,能盛足夠量的高碳物質(zhì)。d灰錐托盤，在15００℃以下不變形，不與灰錐作用，不吸收灰樣；圖2－１灰錐模圖2-３剛玉舟圖2-３剛玉舟圖2-2灰錐托板四個特征溫度能在計算機判斷的基礎(chǔ)上，還可用人工進行適當調(diào)整;至少可以存儲2０0個實驗的數(shù)據(jù)圖片。另外此儀器一次可測定5個試樣,爐溫范圍為室溫~1520℃；控溫精度５℃；實驗氣氛為弱還原性或氧化性；其大功率<6．5ｋW．2．1.2灰錐試樣要符合國標要求由于傳熱，一般尺寸小、疏松、干的灰錐溫度易達到平衡,所以，其測值一般與尺寸大、緊密、濕灰錐的不同.為避免由此產(chǎn)生的誤差，國標對試樣尺寸等作了嚴格規(guī)定。灰錐高２0mm，底為等邊三角形，邊長7ｍm.實際操作中，發(fā)現(xiàn)灰錐模型長期使用，因表面磨損，使模型變淺，導致灰錐變小。若出現(xiàn)上述情況，應立即更換模型。其次，在做灰錐過程中。應盡量做得緊密些，且做好的灰錐樣必須在空氣中自然風干或6０℃下干燥后再用.2．１.3煤的灰化過程要嚴格首先，煤樣必須是不大于0．2mｍ的空氣干燥煤樣,煤樣灰化時灰皿中的煤樣應保證少于0．15g/cｍ2并用慢速灰化法灼燒至恒重。否則,會因黃鐵礦氧化不完全和碳酸鹽分解不完全等原因使灰成分發(fā)生變化，導致結(jié)果也發(fā)生變化?；覙恿６却笮∫欢ㄒ弦竺夯伊６刃?，比表面積大,顆粒之間的接觸的幾率也高,同時，還具有較高的表面活化能,因此，同一種煤灰,粒度小的比粒度大的熔融性溫度高。灼燒恒重后的灰樣,應研磨至不大于0．1mｍ。否則，過粗灰樣,制作的灰錐就疏松，其測值偏低。另外，過完灰樣的篩子必須清洗干燥后再過第２個灰樣,以防止灰樣污染影響測值。注意熱電偶端頭與灰錐間的距離熱電偶端頭距離灰錐應為２ｍm左右.若太近,端頭可能與灰錐粘連,無法判斷其熔融溫度;若太遠，端頭所測溫度與灰錐所在部位實際溫度不符,使結(jié)果不準。用封碳法調(diào)試爐內(nèi)氣氛,碳物質(zhì)及量的選擇應合適.一般氣疏型的,在剛玉舟中央放置石墨粉15g～２0g，兩端放置無煙煤４0g～50g氣密型的，放置石墨粉5g～６g。但在實際操作中，現(xiàn)在國產(chǎn)氣密剛玉管應在剛玉舟中央放置石墨粉2０g～30g，才能調(diào)準試驗氣氛。由于石墨粉量大,高溫下爐膛內(nèi)煙霧過多而影響判斷.所以在用氣密剛玉管調(diào)試時,應加適量石墨粉和無煙煤，防止煙霧過多?；胰埸c實驗用ＳDＡF2000b煤灰熔融性測定儀,它能在氧化性氣氛或還原性氣氛下自動測定煤灰熔融性，適用于科研、院校等部門，它采用獨特的控溫系統(tǒng)和先進的CCD攝像技術(shù)，自動完成煤灰熔融性測試；在放樣和測試過程中,均可清晰地觀看樣品，不需人工調(diào)整攝像頭；采用先進的加熱器材和保溫材料，控溫準確、故障率低；根據(jù)灰錐在受熱過程中形態(tài)的實時圖像，按國家標準(ＧB/T219)規(guī)定的方法能自動判斷四個特征熔融溫度,即變形溫度（FT）、軟化溫度(SＴ）、半球溫度（HT)和流動溫度(FT）；四個特征溫度能在計算機判斷的基礎(chǔ)上，還可以人工進行適當調(diào)整；能自動存儲至少200個實驗圖片,便于進一步檢驗和分析。2。2灰的制備2.2.1快速灰化法取粒度小于０。2mm的分析煤樣，按照測定灰分的方法，將煤樣置于瓷方皿內(nèi)，放入箱形電爐中，使溫度在30ｍiｎ內(nèi)逐漸升到５00℃，在此溫度下保持３０min,然后升至８１5±10℃，關(guān)閉爐門灼燒1h,使煤樣全部灰化,之后取出方皿冷卻至室溫,再將煤灰樣用瑪瑙缽研細,使之粒度全部達到0。１mm以下。圖2—4馬弗爐圖2—4馬弗爐馬弗爐，爐殼用薄鋼板經(jīng)折邊焊接制成，環(huán)氧粉末靜電噴漆工藝,內(nèi)爐襯為硅耐火材料制成的矩形整體爐襯;電爐的爐門磚采用輕質(zhì)耐火材料，內(nèi)爐襯與爐殼之間的保溫層由耐火纖維、膨脹珍珠巖制品砌筑而成。電阻爐爐前面板和底角采用鑄鐵件、外殼采用冷板制作,外形平整,美觀不變形。爐門通過多級鉸鏈固定于箱體上。爐門鎖定是靠門把手自重，通過杠桿作用將爐門緊扣在爐口上。開啟時只需將手把往上提，待勾鎖脫鉤后往外拉開至電爐左側(cè)便可。爐后裝有可控煙囪，為煤炭、化工原料及產(chǎn)品的化學分析,提供了方便。2.2．2制作灰錐灰錐的制做1～2g煤灰樣放在瓷板或玻璃板上,用數(shù)克糊精水溶液濕潤并調(diào)成可塑狀,然后用小尖刀鏟入不銹鋼灰錐模中擠壓成高為20mm，底邊長7mｍ的正三角形錐體,錐體的一個棱面垂直于底面。用小尖刀將模內(nèi)灰錐小心地推至瓷板或玻璃板上，放在空氣中干燥或放入60℃恒溫箱內(nèi)干燥后備用.圖2-5制作灰錐灰錐的放置位置圖2-5制作灰錐灰錐在爐膛的放置位置一定要符合國標ＧB/T2１9的規(guī)定也即灰錐應放在恒溫區(qū)并緊鄰熱電偶熱端2mm處.若太靠近，灰錐受熱變形后易與熱電偶熱端粘結(jié),不僅難以判定樣品的熔融溫度，還會沾污熱電偶外套管，影響其測定精度;若太靠遠,灰錐所在位置的溫度與熱電偶熱端所測溫度會存在一定誤差，從而影響測定結(jié)果的準確度.2。2。3在弱還原性氣氛中測定用10％糊精水溶液將少量氧化鎂調(diào)成糊狀，用它將灰錐固定在灰錐托板的三角坑內(nèi),并使灰錐的垂直棱面垂直于托板表面。將帶灰錐的托板置于剛玉舟的凹槽內(nèi)，用封碳法來產(chǎn)生弱還原性氣氛，預先在舟內(nèi)放置足夠量的碳物質(zhì)。打開高溫爐爐蓋，將剛玉舟徐徐推入爐內(nèi),使灰錐位置恰好處于高溫恒溫區(qū)的中央,使其頂端處于灰錐正上方5mm處,關(guān)上爐蓋，開始加熱并控制升溫速度為：900℃以下時,(1５～２0℃/miｎ),9００℃以上時(5±1℃/ｍin）。記錄灰錐的四個熔融特征溫度：變形溫度DT,軟化溫度ST,半球溫度HT，流動溫度FT.待全部灰錐都達到流動溫度或爐溫升至1５00℃時斷電，結(jié)束試驗，待爐子冷卻后，取出剛玉舟，拿下托板,仔細檢查其表面，如發(fā)現(xiàn)試樣與托板作用,則需另換一種托板重新試驗。2．２。4在氧化性氣氛中測定類似于弱還原性氣氛測定的步奏,用通氣法產(chǎn)生氧化性氣氛。2.３灰融儀使用要求1、灰熔點測定儀灰熔融性控制箱的電源應在開始實驗時再打開，做完實驗后應及時關(guān)閉,以免對爐體加熱元件造成損壞。２、在安裝或拆卸爐子時應小心，勿損傷硅碳管，勿使爐體受強烈振動.3、儀器應放在干燥、通風的地方,不能在爐內(nèi)處理水分較高的物質(zhì).4、爐內(nèi)嚴禁通入氯氣,在用無煙煤控制氣體成分時勿用硫分高者。5、在安裝爐子時注意使硅碳管與剛玉舟、外套管之間有一定的空隙,因為在煤灰熔融性測定中,爐內(nèi)有CO生成，同時碳化硅在氧氣不足時會按SiC+１。５O2=SiO2+CO反應式氧化生而成ＣO2,這些CO在氧氣不足時會發(fā)生:2CO=CO2+C反應而析出碳，析出之碳如沉積在硅碳管之螺紋帶縫隙處會形成短路而燒壞控制器，所以在硅碳管和剛玉舟、外套管之間應留適當?shù)目障妒构杼脊苤車３稚倭康目諝?將析出之碳燒掉并防止局部過熱。6、儀器背面有裸露高壓線，請勿觸摸.移動儀器時，須先切斷電源。7、最大使用電流勿超過30Ａ。8、儀器須有良好接地。2.4灰融儀的實驗操作（1）開啟儀器（2）接通儀器電源﹑計算機電源，啟動測試程序。(３）放入樣品如果做弱還原性實驗,灰錐托板樣舟里須放置20克左右烘干水分的炭物質(zhì)（石墨和活性炭1：１混合物),并鋪平。打開高溫爐左側(cè)門及背景蓋板，將裝好灰錐的樣舟推入燃燒管內(nèi)至限位點，擺正(使灰錐圖象落在測控軟件圖象想框的中央?yún)^(qū)間內(nèi))。(4）開始實驗在圖像框左上方的適當位置按下鼠標左鍵不放，然后拖動鼠標選擇適當?shù)膱D象處理區(qū)域,點擊“氧化性實驗”或“弱還原性實驗”按鈕,系統(tǒng)自動進入測試狀態(tài).蓋上背景蓋(如做弱還原性，要將背景蓋旋至最里面,封閉通氣孔）關(guān)上儀器右側(cè)門。(５)實驗過程：整個實驗過程由計算機程序自動控制，“爐溫欄”不斷顯示變化的爐溫。900℃以前,升溫速率為每分鐘15～20℃；９00℃以后為每分鐘４~6℃；當爐溫達到９0０℃后,系統(tǒng)開始判斷灰錐的高度及形狀。實驗過程中,不能移動儀器,以免灰錐位置變化，最終影響實驗結(jié)果.如果出現(xiàn)異常情況，請立即拔掉儀器的電氣插頭并拉下電閘實驗結(jié)果顯示(6）當灰錐圖象接近國標GB∕T２19—199６“灰錐熔融性特征示意圖”所描述的性狀時，系統(tǒng)實時報出灰錐的變形溫度﹑軟化溫度﹑半球溫度﹑流動溫度,并顯示在數(shù)據(jù)欄中。第三章數(shù)據(jù)處理3.1煤灰熔融性煤灰熔融性是表征煤灰在一定條件下隨加熱溫度而變的灰樣變形、軟化、呈半球和流動特征的物理狀態(tài).當在規(guī)定條件下加熱煤灰試樣時，隨著溫度的升高,煤灰試樣會從局部熔融而擴展到全部熔融并伴隨著產(chǎn)生一定特征的物理狀態(tài)——變形、軟化、半球和流動.眾所周知，煤灰是一種由硅、鋁、鐵、鈣和鎂等多種元素的氧化物、硫酸鹽以及其間構(gòu)成的復雜混合物,它沒有固定的熔點,而只有一個熔化溫度的范圍.當其加熱到一定溫度時就開始局部熔化,然后隨著溫度升高,熔化部分增加，到達某一溫度時全部熔化。這種逐漸熔化作用，使煤灰試樣產(chǎn)生變形.軟化、半球和流動等特征物理狀態(tài).人們就以與這四個狀態(tài)相應的溫度來表征煤灰的熔融性。3.2注意事項重復記錄灰錐的四個特征溫度（DT、ST、HT、ＦT）并全部化整到10℃報出。當爐內(nèi)的溫度達到1500℃時,灰錐尚未達到變形溫度，則該灰樣的測定溫度以DＴ、ST、HＴ、ＦＴ均高于1500℃報出。由于煤灰熔融性是在一定氣氛下測定的，測定結(jié)果應標明其測定時的氣氛性質(zhì)及控制方法。某些高熔點的煤灰(SＴ＞１40０℃)，在升溫過程中會出現(xiàn)在較低溫度下錐尖開始彎曲，然后變直，到一定溫度后又彎曲的現(xiàn)象。第一次彎曲往往不是由于灰錐局部融化，而是由于灰分失去結(jié)晶水而造成，故應以第二次彎曲的溫度為DT.試樣的實際受熱溫度和熱電偶熱端的溫度之差是煤灰熔融性測定誤差的來源之一.為了使試樣和熱電偶熱端之間以及試樣之間在一個溫度梯度相當小的區(qū)域內(nèi)受熱，要求爐子恒溫帶≥6０ｍm。3。2.1煤灰熔融性測試氣氛：（1）氧化性氣氛爐內(nèi)不放任何含碳物質(zhì)，并使空氣在爐內(nèi)自由流通。（2）弱還原性氣氛在爐內(nèi)剛玉舟中央放置石墨粉15～2０g，兩端放置無煙煤3０～40g(對氣疏的高剛玉管爐膛）；或在剛玉舟中央放置石墨粉5～６g（對氣密的高剛玉爐膛）。除了石墨和無煙煤外,還可根據(jù)具體條件封入木炭、焦炭或石油焦。他們的粒度、數(shù)量和放置部位視爐膛的大小、氣密程度和含碳物質(zhì)的具體性質(zhì)而適當調(diào)整。3．2.2四種特征溫度判定變形溫度DT定義為灰錐尖開始變圓或彎曲的溫度。在判定ＤＴ時應注意以下幾點:對某些高灰熔溫度灰(ST）1400℃，在受熱過程中會由于灰中某些成分的分解等反應而出現(xiàn)錐尖微彎或在較低溫度下微彎，然后又變直,再變彎的現(xiàn)象，此時不應判定為DT。對高熔融溫度灰而言,應主要以錐尖或棱變圓為判定依據(jù)；錐尖傾斜但錐尖未變圓或未明顯彎曲，不應判為DT。軟化溫度ＳＴ的定義為灰錐變形至下列情況時的溫度：椎體彎曲至錐尖觸及托板、灰錐變成球形（高度等于底廠)時的溫度。在測定ＳＴ時應注意以下幾點：在高度等于底長的情況下，應注意樣塊是否成球形.若此時樣塊的棱角分明,則不應將此時的溫度記為SＴ;有時由于椎體向后傾斜而倒在托板上，使得從前面看去見到的是一個等邊三角形，此時雖然高度等于底長,但不可算做SＴ.遇到此類情況應重新測定此樣品。半球溫度HT的定義為灰錐變形至近似半球（高度約等于底長的一半)時的溫度.測定HT時應注意:在高度等于底長的一半的情況下，應注意樣塊是否成半球形。若此時樣塊的棱角分明，則不應將此時的溫度記為ＨT;有時由于椎體向后傾斜而倒在托板上，則此時即使樣塊的高度等于底長的一半,也不應將此時的溫度記為HＴ。流動溫度ＦT的定義為灰錐融化成液態(tài)或展開成高度在1。5mm以上的薄層時的溫度.測定FT時應該注意以下幾點：判定FT時，應以試樣在托板上“展開”為主要依據(jù).有的煤灰在高溫下會明顯縮小到接近消失，但不是“展開”成高度小于1.5ｍm狀態(tài),此種情況,不應記為FT；當可看到試樣上表面處有一道亮線時，試樣已融化成液態(tài)，應判為FT;在ST之后,試樣展開成大于1。5ｍm的層，但表面有明顯的起伏或冒泡現(xiàn)象,以及試樣“驟然”躍落或消失，此時試樣已融化成液態(tài),應判為FT。圖３—圖３—1灰錐熔融特征圖3．3實驗數(shù)據(jù)實驗共分析了5種煤樣的數(shù)據(jù),但是由于有些煤樣灰熔點過高，ＳＤＡF20００ｂ測試儀不能測出其具體溫度，均以1５20℃報出，所以舍棄。具體流程圖如下，平攤在坩堝里，緩緩推入馬弗爐用0．2mｍ的篩子篩分煤樣選取實驗煤樣平攤在坩堝里，緩緩推入馬弗爐用0．2mｍ的篩子篩分煤樣選取實驗煤樣用破碎機破碎選擇程序3，在馬弗爐中快速灰化選擇程序3，在馬弗爐中快速灰化取出檢查煤樣是否完全灰化，否則繼續(xù)灰化完全灰化的煤樣冷卻后待用灰樣放在坩堝內(nèi)，加入適量糊精利用模具做成灰錐，晾干待用干燥的灰錐放入灰錐托盤里，推入灰熔點測試儀調(diào)試實驗氣氛，記錄數(shù)據(jù)圖３-2實驗流程３.3.1鶴壁煤樣測試實驗室選取鶴壁煤樣，按圖3-1所示流程進行試驗。所得氧化性氣氛數(shù)據(jù)如下:（氧)℃表３－１鶴壁煤會氧化性氣氛變形溫度（DT)軟化溫度(ＳT）半球溫度（HT）流動溫度（ＦＴ）1２9714７4>1５2０〉15２０１3３0147９＞１５20＞１52０1100>152０＞15２0〉152０因為ＳDAF2000b灰熔點測試儀一旦試驗溫度溫度大于15２0℃就以1520℃報出，而鶴壁煤灰熔點較高,所以不適合做對比試驗，舍棄該數(shù)據(jù)。3.3．2義安煤樣測試實驗室選取鶴壁煤樣,按圖3—1所示流程進行試驗.所得氧化性氣氛數(shù)據(jù)如下：（氧）℃變形溫度(ＤＴ）軟化溫度(ST）半球溫度(HT）流動溫度（FT)12９2１4７6>1５２0>15201327〉15２０>15２0〉1５2０130９>1520〉１52０>1520圖3—4義安煤灰氧化性實驗其結(jié)果與鶴壁煤樣類似，灰熔點較高,所以不適合做對比試驗，舍棄該數(shù)據(jù)。3。3。3神木煤樣測試實驗室選取鶴壁煤樣，按圖3—1所示流程進行試驗。所測氧化性氣氛數(shù)據(jù)如下：（氧)℃變形溫度（DT）軟化溫度（ST)半球溫度（HT）流動溫度(FＴ）121８12771301131212４４128913071３1912６312９113０713３1圖3-5神木煤灰氧化性實驗可見其灰熔點均在可測范圍內(nèi),可以利用灰熔點的變化來判斷改變實驗氣氛對其灰熔點的影響。調(diào)試實驗氣氛為弱還原性，進行實驗，弱還原性氣氛數(shù)據(jù)如下：（還)℃變形溫度(DT）軟化溫度（ＳＴ）半球溫度（ＨT）流動溫度(ＦT）1１８1122012３912721204１2３512581282１1６71２0６12２７１266圖３—６神木煤灰還原性實驗對比數(shù)據(jù)，可得氧化性實驗比弱還原性實驗的灰熔點高約5０~4０℃，表明氣氛對灰熔點的顯著影響，結(jié)果符合了實驗預期結(jié)果。左圖整合了三組數(shù)據(jù)，計算其平均值，并全部整化到10℃報出。其結(jié)果柱狀圖對比如右所示.圖3-7神木煤對比數(shù)據(jù)分析圖3-7神木煤對比數(shù)據(jù)分析3.3.４義馬煤樣測試實驗室選取鶴壁煤樣，按圖3—1所示流程進行試驗。所得氧化性氣氛數(shù)據(jù)如下：（氧）℃變形溫度（DＴ)軟化溫度（ST）半球溫度（HＴ）流動溫度(FT）１11７0１234１2371２48119812３６１23812511218123712４０1２６1圖3-７義馬煤灰氧化性實驗可見其灰熔點均在可測范圍內(nèi)，可以利用灰熔點的變化來判斷改變實驗氣氛對其灰熔點的影響.調(diào)試實驗氣氛為弱還原性,進行實驗，弱還原性氣氛數(shù)據(jù)如下:（還）℃變形溫度（ＤＴ)軟化溫度(SＴ）半球溫度（HT）流動溫度（ＦT）1１091１９５120512３0１12２12１21２161２4811０2１18７１19612２7圖3－9義馬煤對比數(shù)據(jù)分析圖3-8義馬煤灰弱還原性實驗?對比數(shù)據(jù)，可得氧化性實驗比弱還原性實驗的灰熔點高約９0～20℃,表明氣氛對灰熔點的顯著影響,結(jié)果符合了實驗預期結(jié)果。左圖整合了三組數(shù)據(jù),計算其平均值，并全部整化到10℃報出。其結(jié)果柱狀圖對比如右圖3－9義馬煤對比數(shù)據(jù)分析3。3.5禹州煤樣測試實驗室選取禹州煤樣，按圖3—1所示流程進行試驗。所得氧化性氣氛數(shù)據(jù)如下：(氧）℃變形溫度(DT)軟化溫度（SＴ）半球溫度（ＨT）流動溫度(FT)133３1359136７13801341136313７01382134313671３７41３8３圖3-1０禹州煤灰氧化性實驗可見其灰熔點均在可測范圍內(nèi)，可以利用灰熔點的變化來判斷改變實驗氣氛對其灰熔點的影響。調(diào)試實驗氣氛為弱還原性,進行實驗,弱還原性氣氛數(shù)據(jù)如下：（還）℃變形溫度（ＤT）軟化溫度（ＳT)半球溫度（HT）流動溫度（FT）13００1３2１133３1351１31１132６１33413４7130213１913401349圖３-１1禹州煤灰弱還原性實驗圖3-12禹州煤對比數(shù)據(jù)分析對比數(shù)據(jù),可得氧化性實驗比弱還原性實驗的灰熔點高約40~30℃，表明氣氛對灰熔點的顯著影響，結(jié)果符合了實驗預期結(jié)果。左圖整合了三組數(shù)據(jù),計算其平均值，并全部整化到１0℃報出.其結(jié)果柱狀圖對比如上圖所示.圖3-12禹州煤對比數(shù)據(jù)分析３。４綜合分析三種可用煤樣的氧化性氣氛和弱還原性氣氛的灰熔點上表已列出。陜西神木是神府侏羅紀煤田的聚煤中心。全縣儲煤面積4500多平方公里，占總面積的60％，探明儲量5０0多億噸.煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單,儲存穩(wěn)定，埋藏淺，易開采,煤質(zhì)優(yōu)良，屬特低灰、特低磷、特低硫、高發(fā)熱量、高揮發(fā)份弱粘或不粘長焰優(yōu)質(zhì)動力環(huán)保煤。煤的化學活性和熱穩(wěn)定性好，是動力、氣化、液化、化工、建材、民用的理想用煤。主要指標為:灰分4-10％,含硫０。3—０。8％,含磷０.002—0．3%，水分５—11%,揮發(fā)分30-38%，發(fā)熱量６00０(低位)—72０0大卡／kg。是很好的氣化用煤、化工用煤和動力用煤，可制作活性炭、水煤漿等，廣泛應用于化工和冶金,是高耗能工業(yè)(電石、碳化硅、鐵合金等產(chǎn)品）的理想原料.同時也是煉鋼工業(yè)高爐噴吹的理想原料.神木煤含硫量低，是減少大氣污染的首選煤種,現(xiàn)在北京市、上海、天津等政府為減少用煤單位對城市的污染，極力提倡各用煤單位使用陜西神木煤，神木煤被越來越多的企事業(yè)單位所青睞,全國更多的城市也在極力推廣之中。神木煤的氧化性實驗數(shù)據(jù)比弱還原性實驗數(shù)據(jù)高約50~70℃。由于其軟化區(qū)間小，適宜用液態(tài)排渣。禹州礦區(qū)煤炭資源豐富,總儲量96億噸，其中,探明儲量４2億噸,保有量29．6億噸.禹州礦區(qū)煤組共劃分為８個，含煤89層,煤系地層總厚7２9米，可采煤層有二、五、六，局部可采煤層有一、三、四、七,其余各煤層均不可采或偶爾可采。其中二煤組為中灰-低灰、特低灰－低磷之瘦煤,屬難偏中等可選,發(fā)生熱量在５500—7０00大卡/公斤,可作煉焦配煤用;三、四、五、六煤組為富灰、特低硫、低磷煤,分別為焦煤—肥焦煤，發(fā)熱量在450０—6０0０大卡／公斤，宜作動力或民用煤。禹州煤的氧化性實驗數(shù)據(jù)比弱還原性實驗數(shù)據(jù)高約３0～40℃。由于其軟化區(qū)間小，適宜用液態(tài)排渣。義馬礦產(chǎn)資源豐富.主要特點是儲量大、品位高、品種多、埋藏淺、易于開采利用?，F(xiàn)已探明煤炭總儲量達79億噸,素有“百里煤城”之稱，是我國的重要的能源基地之一。境內(nèi)的國有特大型煤炭企業(yè)義煤集團公司是國家經(jīng)貿(mào)委確定的520家重點企業(yè)之一，義煤集團所屬四大煤田之