煤灰熔融性

1.煤灰熔融性(煤的灰熔点）-- 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，煤的灰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。因此煤灰熔融性和煤灰粘度是动力用煤的重重要指标，煤灰熔融性习惯上称作煤灰熔点，但严格来讲，这是不确切的。因为煤灰是多种矿物质组成的混合物，这种混合物并没有一个固定的溶点，而仅有一个熔化温度的范围。开始熔化的温度远比其中任一组分纯净矿物质熔点为低。这些组分在一定温度下还会形成一种共熔体，这种共熔体在熔化状态时，有熔解煤灰中其他高熔点物质的性能，从而改变了熔体的成及其熔化温度。煤灰的熔融性和煤灰的利用取决于煤灰的组成。煤灰成分十分复杂，主要有：

SiO2,A12O3,Fe2,CaO,MgO,SO3等，如下表所示：

我国煤灰成分的分析

灰分成分含量（％）

SiO2 15-60

Al2O3 15-40

Fe2O3 1-35

CaO 1-20

MgO 1-5

K20+Na20 1-5

煤灰成分及其含量与层聚积环境有关。我国很多煤层的矿物质以粘土为主，煤灰成分则为SiO2,Al2O3为主，两者总和一般可达50─80％。在滨海沼泽中形成的煤层，如华北晚石纪煤层黄铁矿含量高，煤灰中Fe2O3及SO3含量亦较高；在内陆湖盆地中形成的某些第三纪褐煤的煤灰中CaO含量较高。大量试验资料表明,SiO2含量在45─60％时，煤质灰熔点随SiO2含量增加而降低；SiO2在其含量〈45％或〉60％时，与灰熔点的关系不够明显。Al2O3在煤灰中始终起增高灰熔点的作用。煤灰中Al2O3的含量超过期30％时，灰熔点1500灰成分中

Fe2O3,CaO,MaO均为较易熔组分，这些组分含量越高，煤炭灰熔点就越低。灰熔点也可根据其组成用经验公式进行计

算。也可用我公司生产的灰熔点测定仪来测定。

2、煤灰的熔融性对于煤粉固态排渣炉的炉膛结渣有密切关系：

如灰熔融性温度低，在炉膛高温下熔融粘在炉膛受热面上，冷却后形成结渣。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。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焦，燃用长渣的煤较为安全。

3.、影响煤灰熔融性的因素：

影响煤灰熔融性的因素主要是煤灰的化学组成和煤灰受热时所处的环境介质的性质：

A、煤灰的化学组成比较复杂，通常以各种氧化物的百分含量来表示。其组成百分含量可按下列顺序排列：SiO2，Al2O3，（Fe2O3+FeO），CaO，MgO，（Na2O+K2O）。这些氧化物在纯净状态时熔点大都较高（Na2O和K2O除外）。在高温下，由于各种氧化物相互作用，生成了有较低熔点的共熔体。熔化的共熔体还有溶解灰中其他高熔点矿物质的性能，从而改变共熔体的成分，使其熔化温度更低。上列氧化物分为三类，此三类氧化物对煤灰的熔融性的影响如下：

Al2O3 能提高灰熔点，煤灰中三氧化二铝含量自15%开始，煤灰熔融性温度随其含量增加而有规律的增加，煤灰中Al2O3含量大于40%时，ST一般都超过1500℃；大于30%时，ST也多在1300℃以上。当三氧化二铝含量高于25%时，DT 与ST 的温差，随其含量增加而变小。

SiO2 对灰熔点的影响较复杂，主要看它是否与Al2O3结合成2SiO2.Al2O3，如煤灰中SiO2和Al2O3的含量比为1.18（即2SiO2.Al2O3）时，灰熔点一般较高。随着该比值增加，灰熔点逐渐降低，这是由于灰中存在游离氧化硅。游离氧化硅在高温下可能与碱性氧化物结合成低熔点的共晶体，因而使灰熔点下降。游离氧化硅过剩较多时，却可以使灰熔点升高。由于大多数煤灰的SiO2和Al2O3的含量比值在1 4之间，所以煤灰中碱性氧化物的存在会降低灰熔点。

碱性氧化物（Fe2O3+CaO+MgO+KNaO）一般此类氧化物能降低灰熔点。其中Fe2O3的影响较复杂，灰渣所处的介质性质不同而有不同影响，但总的趋势是降低灰熔融性温度。CaO和MgO有减低灰熔点的助熔作用，且有利于形成短渣，但其含量超过一定值时（大约25% 30%），却可以提高灰熔点。K2O和Na2O能促进熔点很低的共熔体的形成，因而使DT减低。

B、在锅炉炉膛中介质的性质可分为两种：弱还原性介质和氧化性介质。介质性质不同时，灰渣中的铁具有不同的价态。在弱还原气体介质中，铁呈氧化亚铁（熔点1420℃)；在氧化性介质中呈氧化铁（熔点1565℃）。氧化亚铁最容易与灰渣中的氧化硅形成低熔点的共熔体（FeSiO4），所以在弱还原性介质中，灰熔点最低，在氧化性介质中，灰熔点要高一些。

综上所述，对于大多数煤灰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。

煤的工艺性（一）煤的粘结性和煤的燃点及煤灰熔点

[煤的工艺性质]煤的工艺性质包括：

（1）煤的粘结性和结焦性指数；

（2）煤的发热量和煤的燃点；

（3）煤的反应活性；

（4）煤灰熔融性（煤的灰熔点）和结渣性等

1、煤的粘结性和结焦性

煤的粘结性和结焦性，是两个有联系、有区别，又难以严格区别开来的概念。煤的粘结性是煤粒（d<0.2mm）在隔绝空气受热后能否粘结其本身或惰性物质（即无粘结力的物质）成焦块的性质；煤的结焦性是煤粒隔绝空气受热后能否生成优质焦炭的性质。两者都是炼焦煤的重要特性之一。煤在干馏结焦过程中，一般要经过软化、熔合、膨胀、固化和收缩几个阶段，最后生成品质不同的焦炭。当温度等于或高于煤的软化点（一般为315～350c）时，煤都软化成胶质体。当温度等于或高于煤的固化点（一般为420c～450c）时，煤都结成半焦。从软化到固化的时间愈长，煤就熔化得愈好，焦炭结构愈均匀。

为了了解煤的结焦性，人们设计了许多实验室方法，直接测试模拟工业焦化条件下所得焦炭品质（2200Kg小焦炉试验）；或测试上述胶质体的某一性质也有的直接观察实验室所得焦块的性质，表征煤的结焦性。本节只阐述与我国煤的现行分类有关的几个测试指标。

（1）煤的胶质层指数

煤的胶质层指数，又称煤的胶质层最大厚度，或Y值。它是原苏联、波兰等国家煤的分类指标之一，也是我国煤的现行分类中区分强粘结性的肥煤、气肥煤的一个分类指标。煤的胶质层指数，是原苏联列.姆.萨保什尼可夫和列.帕.巴齐列维奇提出的。它的测试要点是根据不同结焦性的煤在干馏过程中胶质层的厚度、收缩情况和膨胀曲线的不同，测试胶质层的最大厚度（Y值）、最终收缩度（X值）和体积曲线，来表征煤的结焦性。其中，Y值应用的最广。Y值是通过测试胶质层的上部层面高度和下部层面高度得出的（一般出现在520～630C之间），X值是曲线终点与零点线间的距离。Y值、X值和体积曲线都是通过胶质

层指数测试仪上的记录转筒和记录笔记记录下来的。胶质层指数测试曲线如图30-11所示。胶质层曲线类型如图30-12所示。

250 280 310 340 370 400 430 460 490 520 550 580 610 640 670 700 730 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

图30-11 胶质层指数测试曲线

1 2

3 4

胶质层指数测试的允许误差。同一煤样平行测试结果的允许误差为：

Y值≤20mm 误差1mm；

Y值〉20mm 误差2mm；

X值误差3mm。

胶质层指数报出结果。应选取在允许误差范围内的各结果的平均值。

胶质层指数表征煤的结焦性的最大优点是Y值有可加性。这种可加性可以从单煤Y值

计算到配煤Y值，可以估算配煤炼焦Y值的较佳方案。在地质勘探中可以通过加权平均计算出几个煤层的综合Y值。它的缺点一是规范性强，煤样粒度、升温速度、压力、煤杯材料、炉转耐火材料等都能影响测试结果。所以必须使仪器、制样和操作等都符合严格规定；二是用样量大，一次平行测试需要煤样200克，在地质勘探中常常由于煤芯煤样数量不足而无法测试；三是胶质层指数能反映胶质层的最大厚度，但不能反映出胶质层的质量。

（2）煤的罗加指数

罗加指数（R.1），是波兰煤化学家罗加教授1949年提出的测试烟煤粘结力的指标。

现已为国际硬煤分类方案所采用。我国1985年颁发了烟煤罗加指数测试的国家标准（GB5549-85）,但在我国现行煤的分类中，罗加指数不作为分类指标。

罗加指数的测试要点：将1克煤样和5克标准无烟煤样（宁夏汝箕沟矿专用无烟煤标

样，下同）混合均匀，在规定的条件下焦化，然后把所得焦渣在特定的转鼓中转磨3次，测试焦块的耐磨强度，规定为罗加指数。其计算公式如下：

R.1=[(a+d)/2+b+c]/3Q×100

式中：

a——焦渣过筛，其中大于1mm焦渣的重量，g；

b——第一次转鼓试验后过筛，其中大于1mm焦渣的重量，g;

c——第二次转鼓试验后过筛，其中大于1mm焦渣的重量，g;

d——第三次转鼓试验后过筛，其中大于1mm焦渣的重量，g;

Q——焦化后焦渣总量，g;

罗加指数是测试的允许误差：每一测试煤样要分别进行二次重复测试。同一化验室平行测试误差不得超过3，不同化验室测试误差不得超过5。取平行测试结果的算术平均值（取整数）报出。

罗加指数表征煤的粘结力的优点是煤样量少，方法简便易行。它的缺点是，规范性也很强，对标准无烟煤的要求很严。罗加指数区分强粘煤灵敏度不够。

（3）煤的粘结指数

煤的粘结指数（G.R.I或G）,是我国现行煤的分类国家标准（GB5751-86）中代表烟煤粘结力的

主要分类指标之一。其方法测试要点是：将1克煤样与5克标准无烟煤混合均匀，在规定条件下焦化，然后把所得焦渣在特定的转鼓中转磨两次，测试焦渣的耐磨强度，规定为煤的粘结指数，其计算公式如下：

G=10+(30m1+70m2)/m

式中：

m1——第一次转鼓试验后过筛，其中大于10mm的焦渣重量，g;

m2——第二次转鼓试验后过筛，其中大于10mm的焦渣重量，g ；

m——焦化后焦渣总重量，g。

当测得的G<18时，需要重新测试，此时煤样和标准无烟煤样的比例为3：3，即3克煤样和3克无烟煤，其余与上同，计算公式如下：

G=(30m1+70m2)/5m

煤的粘结指数测试的允许误差：每一测试煤样应分别进行二次重复测试，G ≥18时，同一化验室两次平行测试值之差不得超过3；不同化验室间报告值之差不得超过4。G<18时，同一化验室两次平行测试值之差不得超过1；不同化验室间报告值之差不得超过2。以平行测试结果的算术平均值为最终结果。

（4）煤的奥压膨胀度

煤的奥压膨胀度（b值，%），是1926～1929年由奥蒂伯尔特创立的，1933年又为亚纽所改进，现在西欧各国广泛采用。在国标分类中，与葛金焦性并列作为硬煤分亚组的两种方法之一。我国1985年以国标GB5450-85发布，并与Y值并列作为我国煤炭现行分类中区分肥煤的指标之一。

煤的奥亚膨胀度的测试要点，是将煤样制成一定规格的煤笔，置入一根标准口径的膨胀管内，按规定的升温速度加热，压在煤笔上的压杆纪录煤样在管内的体积变化，以体积曲线膨胀上升的最大距离占煤笔原始长度的百分数，表示煤的膨胀度b值的大小。奥压膨胀度曲线如图30-14所示。

T1——软化点，体积曲线开始下降达0.5mm时的温度，C；

T2——始膨点，体积曲线下降到最低点后开始膨胀上升的温度，C；

T3——固化点，体积曲线膨胀上升达最大值时的温度,C;

b——最大膨胀度，体积曲线上升的最大距离占煤笔长度的百分数，%；

a——最大收缩度，体积曲线收缩下降的最大距离占煤笔长度的百分数，%；有关国标、行业标准 GB 3715-91 代替GB 3715-83

2、煤的燃点

煤的燃点时将煤加热到开始燃烧时的温度，叫做煤的燃点（也称着火点，临界温度

和发火温度）。测定煤的燃点的方法很多，一般是将氧化剂加入或通入煤中，对煤进行加热，使煤发生爆燃或有明显的升温现象，然后求出煤爆燃或急剧升温的临界温度，作为煤的燃点。我国测定燃点时采用亚硝酸钠做氧化剂。在燃点测定仪中进行测定。煤的燃点随煤化度增加而增高，风化煤的燃点明显下降。

3、煤的反应性

煤的反应性又叫反应活性，是指在一定温度条件下，煤与不同的气体介质（CO2、O2

和H2O蒸气）相互作用的反应能力。反应性强的煤，在气化燃烧过程中，反应速度快、效率高。我国测定反应性的方法是在高温下煤或焦炭还原二氧化碳的性能，以CO2还原率表示煤或焦炭在燃烧、气化和冶金中的重要指标。反应性强的煤，在汽化燃烧过程中，反应速度快、效率高。我国测定反应性的方法是在高温下煤或焦炭还原二氧化碳的性能，以CO2还原率表示煤或胶的反应性。具体测定方法见GB220-89。

4、煤灰熔融性和结渣性

煤灰熔融性是动力和气化用煤的重要指标。煤灰是由各种矿物质组成的混合物，没

有一个固定的熔点，只有一个熔化温度的范围。煤灰熔融性又称灰熔点。煤的矿物质成分不同，煤的灰熔点比其某一单个成分灰熔点低。灰熔点的测定方法常用角锥法、见GB219-74。将煤灰与糊精混合塑成三角锥体，放在高温炉中加热，根据灰锥形态变化确定DT（变形温度）、ST（软化温度）和FT（熔化温度）。一般用ST评定煤灰熔融性。

图 30-13 奥亚膨胀曲线

由于煤灰熔融性不能反映煤在气化炉中的结渣性，通常用测定煤的结渣性来判断。

测定方法见GB1572-89。主要是将煤样送入炉内与空气气化，燃尽后冷却称重，用6mm筛分

出大于6mm的渣块占总重量的百分数，称做结渣率。

5.煤的工艺性试验

序号术语名称英文名称定义符

号允许使用

1.3.1 结焦性 Chking property 煤经干馏结成焦炭的性能 mm mm mm

1.3.2 粘结性 Caking property 煤在干馏时粘结其本身或外加惰性物质的能

力 mm mm mm

1.3.3 塑性 Plastic property 煤在干馏时形成的胶质体的粘稠、流动、透气等性能 mmmm mm mm

1.3.4 膨胀性 Swelling property 煤在干馏时体积发生膨胀或收缩的性能mmmm mm mm

1.3.5 胶质层指数 (sapozhnikov)plastometer indices 由勒.姆.萨波日尼柯夫提出的一种表征烟煤结焦性的指标，以胶质层最大厚度Y值，最终收缩度X

值等表示 mm mm mm

1.3.6 罗加指数 ROGA INDEX 由布.罗加提出的一种表征烟煤粘结无烟煤能力

的指标 R.I. mmmm mm

1.3.7 粘结指数 Caking indexG 在规定条件下以烟煤在加热后粘结专用无烟

煤的能力表征烟煤粘结性的指标 Gr.i. mmmm G指数

1.3.8 坩埚膨胀序数 Crucible swelling number;free swell-ngindex 以煤在坩埚中加热所得焦块膨胀程度的序号表征煤的膨胀性和粘结性的指标 CSN mm

自由膨胀指数

1.3.9 奥亚膨胀度 Audiberts arnu dilatation 由奥迪勃斯和亚尼二人提出的、以膨胀度（b）和收缩度（a）等参数表征烟煤膨胀性和粘结性的指标mm mmmm

1.3.10 基氏流动度 Giseeler fluidity 由基斯勒尔提出的以测得的最大流动度表征烟煤塑性的指标 mm mm mm

1.3.11 葛金干馏试验 Gray-King assay 由葛莱和金二人提出的煤低温干馏试验方法，用以测定热分解产物收率和焦型 mmmm mm mmmm

1.3.12 铅甄干馏试验 Fisher Schrader assay 由费舍尔和史莱德二人提出的低温干馏实验方法，用以测定焦油、半焦、热解水收率 mm mm mm

1.3.13 抗碎强度 Resistance tobreakage 一定粒度的煤样自由落下后抗破碎的能力 mmmm mm 机械强度

1.3.14 热稳定性 Thermal stability 一定粒度的煤样受热后保持规定粒度的性能 TS mmmm mm

1.3.15 煤对二氧化碳的反应性 Carboxyre activity 煤将二氧化碳还原为一

氧化碳的能力 A mmm mm

1.3.16 结渣性 Clinkering property 在气化或燃烧过程中，煤灰受热、软化、

熔融而结渣的性质 Clin mmmmm mm

1.3.17 可磨性 Grindabili-ty 煤研磨成粉的难易程度 mm mm mm

1.3.18 哈氏可磨性指数 Hardgrove grindability 用哈氏仪测定的可磨性表示硬煤被磨细的难易程度 HGI mmmm mm

1.3.19 磨损性 abrasiveness 煤磨碎时对金属件的磨损能力 mmmm mm mm 1.3.20 灰渣融性 Ash fusibility 在规定条件下得到的随加热温度而变化的煤灰变形、软化和流动特征物理状态 mmmm mm 灰熔点

1.3.21 灰粘度 Ash viscosity 灰在熔融状态下的粘度 mmmm mm mm

1.3.22 灰的酸度 Sah acidity 灰中酸性组分（硅、铝、钛等的氧化物）与碱性组分（铁、钙、镁、锰等的氧化物）之比 mmmm mm mm

1.3.23 灰的碱度 ash basicity 灰的碱性组分（铁、钙、镁、锰等的氧化物）与碱性组分（硅、铝、钛等的氧化物）之比 mmmm mm mmmm

1.3.24 透光率 transmittance 褐煤、长焰煤在规定条件下用硝酸与磷酸的混合液处理后所得溶液的透光率 Pm mm mm

1.3.25 酸性基 Acidic groups 煤中呈酸性的含氧官能团的总称，主要为羧基和酚泾基 mm 总酸性基 mmmm

1.3.26 腐植酸 Humic acid 煤中能溶于稀苛性碱和焦磷酸钠溶液的一组多种缩合的酸性基的高分子化合物 HAt 总腐植酸 mm

1.3.27 游离腐植酸 Free humic acid 酸性基保持游离状态的腐植酸，在实际测定中包括与钾、钠结合的腐植酸 mm mm mm

1.3.28 黑腐植酸 Pyrotomalenic acid 一组分子量较大的腐植酸，一般呈黑色，能溶于稀苛性碱溶液，不溶于稀酸的丙酮 mmmmmm mm mm

1.3.29 黄腐植酸 Fulvic acid 组分子量较小的腐植酸，一般呈黄色，能溶于水、稀酸和碱溶液 mmmm mm mm

1.3.30 综腐植酸 Hymatomalenic acid 一组分子量中等的腐植酸，一般呈棕色，能溶于稀苛性碱溶液和丙酮，不溶于稀酸 mm mm mm

1.3.31 苯萃取物 Benzene extracts;benzene soluble extracts 褐煤中能溶于苯的部分，主要成分为蜡和树脂 Eb 苯抽