引 言
煤灰熔融性是煤灰在高溫下達到熔融狀態(tài)的溫度,主要包括4個溫度值:變形溫度(DT)、軟化溫度(ST)、半球溫度(HT)和流動溫度(FT),在鍋爐設計中,大多采用ST作為灰熔融性溫度。無論電廠鍋爐,還是煤氣化爐的設計工作,都必須認真研究灰熔融性溫度,其值大小與爐膛結渣有密切關系,并且對用煤設備的燃燒方式及排渣方式的選取影響重大。對于干式排渣爐,通常需要燃用較高灰熔融性溫度的煤以防止爐內結渣,如固態(tài)排渣的電站鍋爐需要燃用高灰熔融性溫度的煤;而液態(tài)排渣爐,要求燃用灰熔融性溫度較低的煤,以保證灰渣能以熔融狀排出,如在液排渣旋風燃燒技術的基礎上,發(fā)展了一種適用于工業(yè)窯爐的煤粉低塵燃燒技術,應用前景廣闊,然而受燃燒器材質和環(huán)保排放限制,目前還只能燃用低灰熔融性溫度、低硫的煙煤。
煤灰的熔融特性不僅與灰的成分有關,還與燃燒過程中灰中各成分之間的相互作用有關。灰熔融性溫度主要取決于煤中的礦物組成、其氧化物的成分和配比及燃燒氣氛等。為了實現(xiàn)控制煤灰熔融性溫度的目的,以適應不同排渣方式的燃燒、氣化技術或擴大煤種的適用范圍,對其進行深入研究顯得尤為必要。
1 測試氣氛性質的影響
煤灰熔融性溫度測定主要有3種氣氛:弱還原性氣氛、強還原性氣氛和氧化性氣氛。不同氣氛下的煤灰熔融性變化規(guī)律不同。
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10℃~130℃。這是由于煤灰中的鐵有3種價態(tài),它們是Fe2O3(熔點為1560℃)、FeO(熔點為1420℃)和Fe(熔點為1535℃)。在氧化性氣氛中以Fe2O3形式存在,在弱還原氣氛中,以FeO的形態(tài)存在,與其他價態(tài)的鐵相比,F(xiàn)eO具有最強的助熔效果。FeO能與SiO2、A12O3、3Al2O3·2SiO2(莫來石,熔點1 850℃)、CaO·A12O3·2SiO2(鈣長石,熔點1553℃)等結合形成鐵橄欖石(2FeO·SiO2,熔點1205℃)、鐵尖晶石(FeO·A12O3,熔點1780℃)、鐵鋁榴石(3FeO·A12O3·3SiO2,熔點1240℃~1300℃)和斜鐵輝石(FeO·SiO2),這些礦物質之間會產生低熔點的共熔物,因而使煤灰熔融性溫度降低。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顯著。弱還原氣氛下的反應為:
Fe2O3→FeO (1)
3A12O3·2SiO2+FeO→2FeO·SiO2+FeO·Al2O3 (2)
CaO·Al2O3·2SiO2+FeO→3 FeO·Al2O3·3SiO2+2FeO·SiO2+FeO·Al2O3 (3)
SiO2+FeO→FeO·SiO2 (4)
FeO·SiO2+FeO→2FeO·SiO2 (5)
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