浅析煤灰熔融性的测定及其影响因素

浅析煤灰熔融性的测定及其影响因素摘要：分析和探讨了煤灰熔融性的测定方法要点以及煤灰制备、灰锥制作、温度控制、试验气氛的控制和检查验证等各个可能影响煤灰熔融性温度测定的因素，总结了测定过程中的注意点和难点并提出了相应的措施，以起到对实际工作的指导作用。

关键词：煤灰熔融性弱还原性气氛煤灰成分影响因素一、引言煤灰熔融性（俗称灰熔点）的测定是气化煤和动力煤特性的最重要组成部分之一，是直接关系到炉子是否结渣及其严重程度，对炉子的安全、经济运行关系极大，一般用四种温度表示：变形温℃(DT)、软化温℃（ST）、半球温℃(HT)和流动温℃(FT)。

上海焦化有限公司TEXACO炉多年来用的气化煤主要是神府煤，随着公司2007年1#工程的顺利开车，气化煤的用量翻了一倍以上，由于煤炭市场紧张，公司为了不断拓展新的煤炭市场以及将本增效开展了多煤种试烧、替代工作，几年来在神府煤的基础上试验了神东煤、神宁1#、伊泰3#、印尼煤、外购1#、2#，神混1#、伊泰4#、韩家湾及准东煤等多种气化煤，有多种新煤种在试验成功的基础上投入到了正常的生产，不仅拓宽了煤炭的采购市场，更是降低了原料成本，随着煤种的多样化，公司在来煤的验收中也碰到了一些的问题，尤其是气化煤特性关键指标煤灰熔融性测定中碰到了问题，2010年上半年起我公司对某气化煤验收指标中灰熔融性温度FT的测定值与供应商报告存在一定的差异（我公司偏高80～100℃），由于国标规定该项目的再现性为80℃，起初并未引起我司的重视，但是由于遇到了临界点的判定（合格与否），导致供需双方存在异议，为此2010.10.18日，供应方及其委托商检的技术人员来我司进行了技术交流，通过试验现场查看，对我方的技术方法、仪器设备及人员操作等均无异议，原因不明。

为了更好的弄清差异的原因，我司2010.10.27日安排了2名技术人员前往供方商检机构进行交流，并从煤灰制备、灰锥制作、温度控制、实验气氛的选择和控制及人的习惯性操作等可能产生影响灰熔融性温度准确性的各个因素进行一一排查，在此基础上于通过大量试验，最终解决了该问题。

为此，笔者认为很有必要对煤灰熔融性的测定方法及影响因素进行分析探讨并总结，以便于指导实际工作。

二、实验部分1.试剂和材料1.1刚玉舟耐温1500℃以上，能盛足够量的碳物质。

1.2碳物质灰分≤15%，粒℃小于1mm的无烟煤、石墨或其他碳物质。

1.3氧化镁工业品，研细粒℃小于0.1mm。

1.4糊精溶液糊精(化学纯)10克溶于100毫升水中，配成100g/L。

1.5灰锥托板在1500℃下不变形，不与灰锥发生反应，不吸收灰样。

2.仪器设备2.1高温炉凡满足以下条件均可使用：2.1.1能加热到1500℃以上；2.1.2有足够的恒温带（各部位温差小于5℃）；2.1.3能按规定的程序加热；2.1.4炉内气氛可以控制为弱还原性和氧化性2.1.5能够在试验过程中观看试样形态变化。

图1为一种适用的管式硅碳管高温炉。

2.2热电偶及高温计测量范围（0～1500）℃，最小分℃1℃，加气密刚玉管使用。

2.3灰锥模子由对称的两个半块构成的黄铜或不锈钢制品，如图2。

2.4灰锥托板模有模座、垫片和顶板三部分构成，用硬木或其他材料制作。

2.5 HR-1或AF700灰溶点测定仪(本文使用HR-1灰溶点测定仪)。

3.方法原理将煤灰制成一定尺寸的三角锥体，在一定的气体介质中，以一定的升温速℃加热，观察灰锥在受热过程中的形态变化，观测并记录它的四个特征熔融温℃：变形温℃(DT)、软化温℃（ST）、半球温℃(HT)和流动温℃(FT)，如图3。

3.1变形温℃（DT）——灰锥尖端开始变圆或弯曲时的温度（图3 DT）。

3.2软化温℃（ST）——锥体弯曲至锥尖触及托板灰锥变成球形的温度（图3 ST）。

3.3半球温℃(HT) ——灰锥形变至近似半球形，即高约等于底长的一半时的温度（图3 HT）。

3.4流动温℃（FT）——灰锥熔化成液体或展开成高度在1.5m以下的薄层时的温度（图3 FT）。

4.灰锥制备4.1灰的制备取粒℃小于0.2mm的空气干燥煤样，按GB/T212规定将其完全灰化，然后用玛瑙研钵研细至0.1mm以下。

4.2灰锥的制作取（1～2）g煤灰放在瓷板或玻璃板上，用数滴糊精润湿并调成可塑状，然后用小尖刀铲入灰锥模中压挤成型。

用小尖刀将模内的灰锥小心的推至瓷板或玻璃板上，于空气中风干或60℃下干燥备用。

注：除糊精外，可视煤灰的可塑性可选用水，10%的可溶性淀粉或阿拉伯胶水溶液。

5.测定步骤5.1在弱还原性气氛中测定在弱还原性气氛中测定，用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中，并使灰锥的垂直于底面的侧面与托板表面相垂直。

将带灰的锥托板置于刚玉舟之凹槽上。

用封入含碳物质的方法来产生弱还原性气氛，在刚玉舟中央放置石墨粉15～20g，两端放置无烟煤40～50g（对气疏的刚玉管炉膛），或在刚玉舟中央放置石墨粉5～6g（对气密的刚玉管炉膛）。

将热电偶从炉后电偶插入孔插入炉内，并使其热端位于高温恒温带，中央正上方，但不触及炉膛。

打开高温炉炉盖，在手电筒照明下将刚玉舟徐徐推入炉内，并使灰锥置于高温带并紧邻电偶热端（要距2mm左右）。

关上炉盖，开始加热并控制升温速度为：900℃以前，（15～20）℃/min。

900℃以后，（5±1）℃/min。

随时观察、灰锥的形态变化（高温下观察时，需戴上墨镜），记下灰锥的四个熔融特征温度DT，ST，HT，FT，待全部灰锥都达到FT或炉温开至1500℃时断电结束试验。

待炉子冷却后取出取玉舟，拿下托板仔细检查其表面，如表现试样与托板互熔，则应另换一种托板重新试验。

三、结果与讨论1.分析结果从表1分析数据来看，双方实验室的重现性都很好，符合国标要求，双方实验室的再现性却却超过了临界差，不能满足国标要求。

通过10.27日试验基本可以表明该商检的数据是有效的、正确的。

虽然双方采用的都是国家标准，仪器设备也都符合要求，分析人员的技术均能达到要求。

但双方实验室对灰熔点FT测定确实存在着系统误差100℃左右。

针对存在的问题，我方从煤灰制备、灰锥制作、温℃控制、实验气氛的选择等多方面逐一排查可能会对测定灰熔融性温℃准确性的影响因素，并做了大量的比对试验，最终找到了问题的症结，解决了问题，数据见表2。

2.影响煤灰熔融性温度测定的因素2.1气氛的影响炉内气氛的控制对煤灰熔融性温度的测定影响很大，不同的气氛，煤灰的熔融性温度不同，同一样品在“弱还原性条件下”检测温度最低，在氧化性温度下温度会高50～150℃，而该气氛实际控制效果的差异是导致双方实验室之间煤灰熔融性温度差异的主要因素。

而如何控制和检查“弱还原性气氛”却是该测定方法的最大难点。

测定煤灰熔融性所以要控制为弱还原性气氛，主要目的是模拟了炉子燃烧室的情况，在气化炉燃烧室内一般形成CO、H2、CH4、CO和O2为主要的弱还原性气体。

试验气氛的控制一般采用通气化法和封炭法，如用封炭法来产生弱还原性气氛，必须在刚玉舟内放置足够量的碳物质，一般对气疏型刚玉舟中央放置石墨粉15～20g，两端放置无烟煤40～50g,而气密型刚玉舟放置石墨粉5～6 g，每次试验后要特别注意石墨粉和无烟煤的适量添加。

试验气氛的检查验证，可以采用参比灰锥法和取气分析法，参比灰锥法相对要方便些，将参比灰标样制成灰锥，测定其实际熔融温度与参比值比较相差不超过50℃，可以证明其炉内气氛为弱还原性，如超过50℃，则可根据它与标准值的相差程度及封入炉内含碳物质的氧化情况，更换或适当的调整含碳物的加入量及其在炉内的放置位置，直到温度差异不超过50℃为止。

根据笔者的经验，可以通过以下方法定性的判断炉内气氛是否为弱还原性，当试验结束炉温冷却后，从炉内取出含碳物，如其表面出现少量灰，而内部仍呈深黑色，即看不出含碳物有什么变化，基本可以判断为弱还原性气氛；如炉内含碳物基本上或全部成灰，必为氧化性无疑，在实际测定中经常发生这种情况，此时应检查系统是否密封，含碳量是否过少或含碳物放置的位置是否温度过高，查找炉内保持氧化性的原因；如炉内含碳物毫无变化，此时可能炉内为强还原性，该情况比较少。

另外刚玉管的材质也会对气氛的控制产生影响，建议使用优质气密型刚玉管，不但其控制效果好，同时还有助于炉内气体与硅碳管相隔绝而延长使用寿命。

2.2制灰的影响煤的灰化过程必须严格按照慢速灰化法并灼烧到恒重，确保灰的成分稳定，由于煤灰来源于煤中的矿物质，所谓灰分，是煤样在规定的条件下，完全燃烧后所得的残留物，煤灰中含有多种元素，因而没有固定的熔点，而是在一定的范围内熔融，起熔融温度的高低主要取决于煤灰的化学组成及其结构和测定时的气氛条件，因此灰成分的不稳定会影响灰熔融性温度的测定。

2.3灰锥制备的影响灰锥的制定必须符合国家标准，制好的灰锥试样应在空气中自然干燥或在小电炉上加速干燥，灰锥试样必须在低温下推入炉中，最好温度不超过100℃，否则，灰锥送入热炉中易倾倒，影响温度的测定，尤其在连续测定灰熔点时，往往等不到冷却到100℃以下，急于测定第2炉就会产生影响。

2.4升温速度控制的影响按标准规定，在煤灰熔融性测定时，在900℃前，升温速度控制在（15～20）℃/min，在900℃后，升温速℃控制在（5～7）℃/min，以便于灰锥的观察，过快不利于温度的测定，过慢则时间长、效率低。

2.5 参比灰选择的影响选择的标准物质（参比灰）的测定温度最好跟实际检测样品温度接近，尽可能减少影响。

2.6人的影响因素在变形温度(DT)、软化温度（ST）、半球温度(HT)和流动温度(FT)的判断时，其中ST 和HT的温差间距往往较小，有时也会出现难以区分的情况，DT较难判断，各人的判断结果可能差异较大，具有丰富实践经验的技术人员在测定结果的判断时更加准确。

四、结论本文基于煤灰熔融性的测定，从煤灰制备、灰锥制作、温度控制、实验气氛的选择和控制及人的习惯性操作等多方面对测定灰熔融性温度准确性的影响因素进行了讨论，总结了测定过程中的注意点和难点并提出了相应的措施，以起到对实际工作的指导作用。

参考文献[1]煤灰熔融性的测定方法GB/T219-2008.[2]《煤特性标准与应用指南》.曹长武编著.。