灰熔点测定原理

灰熔融性的测定方法原理5c%]l#UF3S%S将煤灰制成一定尺寸的三角锥，在一定的气体介质中，以一定的升温速度加热，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度，变形温度，软化温度，半球温度和流动温度。r&k\$|2m1变形温度（DT）3d*^1V*l.i2G.{'p5Z灰锥尖端或棱开始变圆或弯曲时的温度。2软化温度（ST）.M3v9K:x$p(l灰锥弯曲至锥尖触及托板或灰锥变成球形时的温度3半球温度（HT）灰锥形变至近似半球形，即高约等于底长的一半时的温度4流动温度（FT）8K-{-p7GFh/B9X灰锥熔化展开成高度在1.5mm以下的薄层时的温度。原形DTSTHTFT注：对某些煤灰可能得不到特征温度点，而发生下列情况：烧结：灰锥明显缩小至似乎熔化，但实际却变成烧结块，保持一定的轮廓。收缩：灰锥由于挥发而明显缩小，但却保持原来的形状。膨胀和鼓泡：锥体明显胀大和鼓气泡。2N5f9Y#S5C3P6t:_+\2?试剂与仪器.I4Y:e8b;W4L7_,G1氧化镁：工业品，研细至粒度小于0.1mm。2糊精：化学纯，配成100g/L溶液。1X(f+G.x1P;f!m3碳物质：灰分低于15%，粒度小于1mm的无烟煤，石墨或其他碳物质。4参比灰：含三氧化二铁20-30%的煤灰，预先在强还原性（100%的氢气或一氧化碳或它们与惰性气体的混合物构成的气氛），弱还原性和氧化性气象中分别测出其熔融特征温度；在例常测定中以它作为参比物来检定试验气氛性质。'E4I9X9s(U.`+i!c0P!]6{5刚玉舟（见图8）：耐温1500℃以上，能盛足够量的碳物质。图8刚玉舟-?9\,k%t+_#o.W6灰锥托板：在1500℃下不变形，不与灰锥作用，不吸收灰样，如下图9所示：图9灰锥托盘*a&D7o*U+s7X:z%T7灰融点测定仪内置管式硅碳管高法炉，能加热到1500℃以上，有足够的恒温带（各部位温差小于5℃），能按规定的程序加热，炉内气氛可控制为弱还原性和氧化性，能在试验过程中观察试样形态变化。8灰锥模子：由对称的两个半块组成，用黄铜或不锈钢制作1@.M!F:x/@;V(g4@%[如下图10所示：图灰锥模子试验条件2j.j'e6J6ys1试样形状*J/S.y!x#S&L试样为三角锥体，高20mm，底为边长7mm的正三角形，锥体的一侧面垂直于底面。2试验气氛（弱还原性气氛）用封碳法产生，一般在刚玉舟中央放置石墨粉15-20g，两端放置无烟煤40-50g（对气疏高刚玉管炉膛）或在刚玉舟中央放置石墨粉5-6g（对气密刚玉炉膛）。试验步骤1灰锥的制备：取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样，将其灰化，然后用玛瑙研体钵研细至0.1mm以下，取1-2g煤灰放在瓷板上。'b#E&P'f,[+c9Qy2用数滴糊精溶液将灰皿中的煤灰润湿并调成可塑状，然后用小尖刀铲入欠锥模中挤压成型。用小尖刀将模内灰锥小心推主瓷板上，于空气中风干或于60℃下干燥备用。3用糊精水溶液将少量氧化镁调成糊状，用它将灰锥固定在灰锥托板的三角坑内，并使灰锥垂直于底面的侧面与托板表面垂直。4将带灰锥的托板置于刚玉舟上，在弱还原性气氛下测定。9L5c,X2~:L$o$p$^)}5打开高温炉炉盖，将刚玉舟徐徐推入炉内，至灰锥位于高温带并紧邻电偶热端（相距2mm）左右，关上炉盖，开始加热并控制升温速度为：900℃以下，15-20℃/min，900℃以上，（5±1）℃/min。6随时观察灰锥形态的变化（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，软化温度，半球温度和流动温度，待全部灰锥部达到流动温度或炉温升至1500℃时断电，结束试验。*a!ob-|p.^9W2x7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，则另换一种托板，重新实验。,T(@*K$m,P3c4]2d试验气氛性质的检查，用参比灰锥法，用参比法制成灰锥并测定其熔融性特征温度（ST、HT和FT）如实际测定值与弱还原性气氛下的参比值相差不超过50℃，则证明炉内气氛为弱还原性。*g6C!r7H8E!D}/r!F允许误差熔融特征温度重复性℃再现性℃)H$I0R%o&f/C2k9Z8CDT≤60ST≤40≤804{;PG3E0_5I+Q7C$_3Y4CHT≤40≤80J7W4V5V,k+|FT≤40≤804DL!Q0I5e试验记录和报告1记录灰锥的四个熔融特征温度：DT、ST、HT和FT，计算复复测定值的平均值并化整到10℃报出。y9F*s;F%i*`6r;]2记录试验气氛及控制方法。3记录托板材料及试验后和表面状况。8p5J,u+g1E&_4记录试验过程中产生烧结、收缩、膨胀和鼓泡等现象及相应温度影响煤灰熔融性温度的控制因素引,jM言0J87f@&煤灰熔融性是煤灰在高温下达到熔融状态的温度，主要包括4个温度值：变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)和流动温度(FT)，在锅炉设计中，大多采用ST作为灰熔融性温度。无论电厂锅炉，还是煤气化炉的设计工作，都必须认真研究灰熔融性温度，其值大小与炉膛结渣有密切关系，并且对用煤设备的燃烧方式及排渣方式的选取影响重大。对于干式排渣炉，通常需要燃用较高灰熔融性温度的煤以防止炉内结渣，如固态排渣的电站锅炉需要燃用高灰熔融性温度的煤；而液态排渣炉，要求燃用灰熔融性温度较低的煤，以保证灰渣能以熔融状排出，如在液排渣旋风燃烧技术的基础上，发展了一种适用于工业窑炉的煤粉低尘燃烧技术，应用前景广阔，然而受燃烧器材质和环保排放限制，目前还只能燃用低灰熔融性温度、低硫的烟煤。煤灰的熔融特性不仅与灰的成分有关，还与燃烧过程中灰中各成分之间的相互作用有关。灰熔融性温度主要取决于煤中的矿物组成、其氧化物的成分和配比及燃烧气氛等。为了实现控制煤灰熔融性温度的目的，以适应不同排渣方式的燃烧、气化技术或扩大煤种的适用范围，对其进行深入研究显得尤为必要。1测试气氛性质的影响煤灰熔融性温度测定主要有3种气氛：弱还原性气氛、强还原性气氛和氧化性气氛。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10℃～130℃。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，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、3Al2O3·2SiO2(莫来石，熔点1850℃)、CaO·A12O3·2SiO2(钙长石，熔点1553℃)等结合形成铁橄榄石(2FeO·SiO2，熔点1205℃)、铁尖晶石(FeO·A12O3，熔点1780℃)、铁铝榴石(3FeO·A12O3·3SiO2，熔点1240℃～1300℃)和斜铁辉石(FeO·SiO2)，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：Fe2O3→FeO(1)3A12O3·2SiO2+FeO→2FeO·SiO2+FeO·Al2O3(2)CaO·Al2O3·2SiO2+FeO→3FeO·Al2O3·3SiO2+2FeO·SiO2+FeO·Al2O3(3)SiO2+FeO→FeO·SiO2(4)FeO·SiO2+FeO→2FeO·SiO2(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50℃～200℃。在煤灰熔融性温度测定时，通常采用弱还原性气氛，这是由于在工业窑炉的燃烧或气化室中，一般都形成如CO、H2、CH4、CO2、O2为主要成分的弱还原性气氛。所以，为了能模拟实际工业窑炉内的条件，煤灰熔融性温度测定应该在与之相似的弱还原性气氛中进行。在测定中通常采用封碳法来对实验炉内的气氛进行控制，此方法是将一定量的木炭、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，产生还原性气体，通过调节封碳量来控制炉内气氛，使之形成弱还原性气氛。值得注意的是，封碳量过多会形成强还原性气氛。封碳法简单易行，国内普遍采用。2煤灰成分的影响煤灰主要成分为硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠、钛、锰、硫和磷等元素的氧化物及其盐类。依据“离子势”的概念，在煤灰成分中，Fe2O，、CaO、MgO、Na2O及K2O属碱性组分，SiO2、Al2O3及TiO2属酸性组分。一般而言，煤灰中酸性氧化物含量越多，煤的灰熔融性温度就越高；碱性氧化物含量越多，煤的灰熔融性温度就越低。同时，因煤灰成分复杂，在一定温度下，煤灰中各组分还会形成一种共熔体，各组分含量变化较大，因而煤灰熔融性温度与灰成分间是一种不确定的数量关系。2.1SiO2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(Al2O3·2SiO2·2H2O)和伊利石(K2O·5Al2O3·14SiO2·6H2O)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2℃～4℃；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。2.2Al2O3对煤灰熔融性温度的影响煤灰中Al2O3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Al2O3，平均质量分数28.2%。文献指出，煤灰中Al2O3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2050℃，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Al2O3含量的增加而逐渐增高。煤灰中Al2O3，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Al2O3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Al2O3质量分数低于30%(有的在10%以下)的煤灰，也有不少样煤的ST在1400℃，甚至1500℃以上。所以，对Al2O3含量低的煤，仅以Al2O3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Al2O3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Al2O3质量分数高于25%时，FT和ST之间的温差随煤灰中Al2O3含量的增加而愈来愈小。2.3CaO对煤灰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