煤中添加石灰石降低灰熔點

1、煤的灰熔點主要由煤中的酸堿化合物含量決定的，煤中酸性化合物多，灰熔點就高，反之堿性化合物多，灰熔點就低。通過向煤中加入CaO（堿性化合物）降低煤的灰熔點是比較通用的方法，如果加入氧化鐵也可以達(dá)到同樣的效果，只是從成本方面加入石灰石考慮會節(jié)約一點。但如果石灰石加入過多，可能形成高灰熔點的硅酸鈣，反而不利于灰熔點的降低。煤的灰熔點并非隨著堿性化合物的增多而單調(diào)減低的。煤的灰熔點于酸性和堿性化合物的關(guān)系呈倒正態(tài)分布曲線的關(guān)系，即：先降低，在達(dá)到一最小值后，又會增加。因此，在添加助熔劑時，要根據(jù)灰熔點高的真正原因進(jìn)行選擇，并不都是石灰石。但多數(shù)情況下，是酸性化合物多，就是大家所說那樣，添加石灰石就可以

2、了。但要注意石灰石的添加量，如果添加量過多時，反而會使灰熔點在達(dá)到最小值后又逐漸提高。石灰石和煤的比例是有要求，要求石灰石與煤質(zhì)量比控制在10犯下，也就是0.1以下，但實際上，我們的生產(chǎn)經(jīng)驗是嚴(yán)格控制在8犯下，通常在6犯下，否則氣化爐灰渣量大且易結(jié)塊。不過添加的量要經(jīng)過做試驗得出，因為不同的煤種添加的劑量是不同的！另外就是盡量少一點加，那東西不是萬能的，加多了會使灰水處理系統(tǒng)容易結(jié)垢，結(jié)垢的速度大大加快！由此而增加的檢修費用成倍增長；若加的過量了，灰熔點反而升高！煤灰分的灰熔點（即熔化溫度）取決于煤灰分的組成。如果在灰分中SiO2+A12O3所占比例愈大，則灰分的融化溫度愈高，因為這兩種成分的

3、特征是熔點極高，其他成分如Fe2O3CaO?口MgO勺含量愈多時，則灰分的融化溫度愈低，通常用下式來判斷灰分熔融的難易程度。（SiO2+A12O3）/（CaO+MgO+Fe2O3）當(dāng)比值大于1而小于5時易熔，比值大于5時難熔。在水煤漿中加入石灰石能改善灰渣的粘溫特性，這是因為氧化鈣在灰渣中作為氧化劑，破壞了硅聚合物的形成，從而使液態(tài)灰渣的粘度降低。但是當(dāng)石灰石的添加量超過30%寸，熔渣順利流動的范圍反而縮小了，熔渣粘度將隨添加量的增加而增加，這是因為，添加大量石灰石后，灰渣中高熔點的正硅酸鈣（熔點2130C）生成量增多，而使灰渣熔點升高。所以，石灰石的添加量也不宜過多，應(yīng)根據(jù)不同煤種經(jīng)實驗后確

4、定其添加量。石灰石添加量應(yīng)控制在20%；內(nèi)。影響煤灰熔融性溫度的控制因素引言煤灰熔融性是煤灰在高溫下達(dá)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(shè)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(shè)計工作，都必須認(rèn)真研究灰熔融性溫度，具值大小與爐膛結(jié)渣有密切關(guān)系，并且對用煤設(shè)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?fàn)t內(nèi)結(jié)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(fēng)燃

5、燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了一種適用于工業(yè)窯爐的煤粉低塵燃燒技術(shù)，應(yīng)用前景廣闊，然而受燃燒器材質(zhì)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(guān)，還與燃燒過程中灰中各成分之間的相互作用有關(guān)。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(yīng)不同排渣方式的燃燒、氣化技術(shù)或擴(kuò)大煤種的適用范圍，對其進(jìn)行深入研究顯得尤為必要。1測試氣氛性質(zhì)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(qiáng)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DTST、FT均小于氧化性氣氛

6、下的測定值，且隨煤灰化學(xué)成分不同，二種氣氛之間的特征溫度差值也不同，大約在10C130C。這是由于煤灰中的鐵有3種價態(tài)，它們是Fe203a容點為1560c）、FeO（熔點為1420c）和Fe（熔點為1535c）。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(qiáng)的助熔效果。FeO能與SiO2、A12O33Al2O3?2SiO2（莫來石，熔點1850C）、CaO?A12O3?2SiO2（長石，熔點1553c）等結(jié)合形成鐵橄欖石（2FeO?SiO2,熔點1205c）、鐵尖晶石（FeO?A12O3熔點1780C）、鐵鋁榴石（3FeO?A12O3

7、?3SiO2容點1240c1300C）和斜鐵輝石（FeO?SiO2）,這些礦物質(zhì)之間會產(chǎn)生低熔點的共熔物，因而使煤灰熔融性溫度降低。當(dāng)煤灰中Fe2O的量較高時，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(yīng)為：Fe2O3>FeO3A12O3?2SiO2+FeO2FeO?SiO2+FeO?AlO3（2）CaO?Al2O3?2SiO2+FeO3FeO?Al2O3?3SiO2+2FeO?SiO2+FeO?Al2O3（3）SiO2+FeO>FeO?SiO2FeO?SiO2+FeO2FeO?SiO2（5）在強(qiáng)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

8、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(qiáng)還原氣氛下被還原出來的金屬單質(zhì)導(dǎo)致了煤灰熔融性溫度的升高。因此，強(qiáng)還原氣氛下的煤灰熔融性溫度均比氧化氣氛下高，差值在50C200C。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COH2、CH4CO2O2為主要成分的弱還原性氣氛。所以，為了能模擬實際工業(yè)窯爐內(nèi)的條件，煤灰熔融性溫度測定應(yīng)該在與之相似的弱還原性氣氛中進(jìn)行。在測定中通常采用封碳法來對實驗爐內(nèi)的氣氛進(jìn)行控制，此方法是將一定量的木炭、石墨、無煙煤等含碳物質(zhì)封入爐中，這些物質(zhì)在高溫爐中燃燒時，產(chǎn)生還原性氣體，通過調(diào)節(jié)封碳量來控制爐

9、內(nèi)氣氛，使之形成弱還原性氣氛。值得注意的是，封碳量過多會形成強(qiáng)還原性氣氛。封碳法簡單易行，國內(nèi)普遍采用。2煤灰成分的影響煤灰主要成分為硅、鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉、鈦、鈕、硫和磷等元素的氧化物及其鹽類。依據(jù)“離子勢”的概念，在煤灰成分中，F(xiàn)e2Q、CaOMgONa2O及K2O屬堿性組分，SiO2、A12O3及TiO2屬酸性組分。一般而言，煤灰中酸性氧化物含量越多，煤的灰熔融性溫度就越高；堿性氧化物含量越多，煤的灰熔融性溫度就越低。同時，因煤灰成分復(fù)雜，在一定溫度下，煤灰中各組分還會形成一種共熔體，各組分含量變化較大，因而煤灰熔融性溫度與灰成分間是一種不確定的數(shù)量關(guān)系。SiO2對煤灰熔融性溫度的影

10、響煤灰中SiO2的含量較多，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)占30%-70%幾乎所有礦物組成中都含有SiO2,主要來自煤中的石英、高嶺石（Al2O3?2SiO2?2H2O和伊禾I石（K2O?5Al2O3?14SiO2?6H2O）礦物。煤灰中SiO2主要以非晶體的狀態(tài)存在，有時起提高熔融溫度作用，有時則起助熔作用。SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增減1%對熔融性溫度的變化很小，僅在2c4C；SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在45%60%隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，煤灰熔融性溫度降低。SiO2主要起助熔作用，原因是在高溫下，SiO2很容易與其他一些金屬和非金屬氧化物形成一種玻璃體的物質(zhì)。同時，玻璃體物質(zhì)具有無定型的結(jié)構(gòu)，沒有固定的熔點，隨著溫度的升高而變

11、軟，并開始流動，隨后完全變成液體。SiO2含量愈高，形成的玻璃體成分愈多，所以煤灰的FT與ST之差也隨著SiO2含量的增加而增加。SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過60%寸，SiO2含量的增加對煤灰熔融性溫度的影響無一定規(guī)律，這主要是由于SiO2是網(wǎng)絡(luò)形成體氧化物，而煤灰中還有許多其他氧化物，這些氧化物可分為修飾中間氧化物和網(wǎng)絡(luò)氧化物，這3類氧化物間的相互作用使得SiO2表現(xiàn)出助熔的不確定性。而當(dāng)SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過70%寸，其灰熔融性溫度均比較高，ST最低也在1300c以上。原因是此時已無適量的金屬氧化物與SiO2結(jié)合，有較多游離的SiO2存在，致使熔融性溫度增高。Al2O3對煤灰熔融性溫度的影響煤灰中A

12、l2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較大，有的在3%-4%有的高達(dá)50姒上，我國煤灰中Al2O3,平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)28.2%。文獻(xiàn)指出,煤灰中Al2O3的含量對灰熔融性溫度的相關(guān)密切程度最高，且成正相關(guān)性。這是由于A1203M有牢固的晶體結(jié)構(gòu)，熔點2050C,在煤灰熔化過程中起“骨架”作用，A12O的量越高，“骨架”的成分越多，熔點就越高。煤的灰熔融性溫度總趨勢是隨灰中Al2O3含量的增加而逐漸增高。煤灰中Al2O3,質(zhì)量分?jǐn)?shù)自15%中始，煤灰熔融性溫度隨著A12O3含量的增加而有規(guī)律地升高；當(dāng)煤灰中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過40%寸，不管其他煤灰成分含量變化如何，ST一股都大于1400Co但由于煤灰組分的復(fù)雜性和各

13、組分的變化幅度很大，即使是Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于30%（t的在10犯下）的煤灰，也有不少樣煤的ST在1400C,甚至1500c以上。所以，對Al2O3含量低的煤，僅以Al2O3含量大小還不能完全確定灰熔融性溫度的高低，而需要對各個成分的綜合判斷才能確定煤灰熔融性溫度的高低。此外，由于Al2O3晶體具有固定熔點，當(dāng)溫度達(dá)到相關(guān)鋁酸鹽類物質(zhì)的熔點時，該晶體即開始熔化并很快呈流體狀，因此，當(dāng)煤灰中A12O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于25%寸，F(xiàn)T和ST之間的溫差隨煤灰中A12O3含量的增加而愈來愈小。CaO對煤灰熔融性溫度的影響煤灰中CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化很大，有的低至0.1%,也有高達(dá)50%Z上的，但總的看來，煙煤

14、灰中的CaO平均值最低，無煙煤灰的CaO含量最高。我國煤灰中的CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)大部分在10%Z下，少部分在10%-30%只有極少部分大于30%CaO本身是一種高熔點氧化物（熔點2610c）,同時也是一種堿性氧化物，所以，它對樣品熔點的作用比較復(fù)雜，既能降低灰熔融性溫度，也能升高灰熔融性溫度，具體起哪種作用，與樣品中CaO的含量和樣品的其他組分有關(guān)。隨著煤灰中CaO含量的增加，煤灰熔融性溫度呈先降后升的趨勢。CaO®量分?jǐn)?shù)在30犯下時，煤灰熔融性溫度隨CaO的增高而降低。原因是在高溫下，CaC®與其他礦物質(zhì)形成鈣長石（CaO?A12O3?2SiO2）鈣黃長石（2CaO?A12O

15、3?2SiO2熔點1553C）、鋁酸一鈣（CaO?A12O3熔點01370C）及硅鈣石（3CaO?SiO2熔點2130C）等礦物質(zhì)，這幾種礦物質(zhì)在一起會發(fā)生低溫共熔現(xiàn)象，從而使煤灰熔融性溫度下降。如鈣長石和鈣黃長石兩種鈣化合物就容易形成1170c和1265C的低溫共熔化合物。其主要反應(yīng)如下：3A12O3?2SiO2+CaO>CaO?A12O3?2SiO2（6）CaO?A12O3?2SiO2+CaO2CaO?A12O3?2SiO2（7）SiO2+CaO>CaO?SiO2假鈣灰石）（8）CaO?SiO2+CaO3CaO?SiO2煤灰中CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%寸，ST有顯著升高的趨勢。這

16、是由于煤灰中Ca*量過高時，一方面CaO以單體形態(tài)存在，會有熔點2570c的方鈣石（CaO）產(chǎn)生，煤灰的ST自然升高；另一方面CaO作為氧化劑，在破壞硅聚合物的同時，又形成了高熔點的正硅酸鈣（CaSiO3,其純物質(zhì)在2130c熔融），致使體系熔融性溫度上升。Fe2O3對煤灰熔融性溫度的影響煤灰中Fe2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%15%§多，個別煤灰中高達(dá)50犯上。煤灰中Fe2O3系助熔組分，易和其他化學(xué)成分反應(yīng)生成易熔化合物，總的趨勢是煤灰的ST隨Fe2O3含量的增高而降低。前已述及，F(xiàn)e2O3的助熔效果與煤灰所處的氣氛有關(guān)，無論在氧化氣氛或者弱還原氣氛中，煤灰中的Fe2O的量均起降低灰熔融

17、性溫度的作用，在弱還原性氣氛下助熔效果最顯著。這是由于在高溫弱還原氣氛下，部分Fe3+離子被還原成為Fe2+,Fe2蜴和熔體網(wǎng)絡(luò)中未達(dá)到鍵飽和的O2-相聯(lián)接而破壞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低煤灰熔融性溫度。同時，F(xiàn)eO極易和CaOSiO2、A12O3等形成低溫共熔體；相反，F(xiàn)e3譙子的極性很高，是聚合物的構(gòu)成者，能提高煤灰熔融性溫度。MgO對煤灰熔融性溫度的影響煤灰中Mg*量較少，大部分在3犯下，一般很少超過13%煤灰中MgO通常起降低煤灰熔融性溫度的作用，其含量增減對熔融性溫度的升降影響較大，Mg噴量分?jǐn)?shù)每增加1%熔融性溫度降低22c31C。實驗結(jié)果表明，Mg*量增加時，灰熔融性溫度逐漸降低，至Mg噴量分

18、數(shù)為13317%寸，灰熔融性溫度最低，超過這個含量時，溫度開始升高。但因在煤灰中Mgg量很少，實際上可以認(rèn)為它在煤灰中只起降低灰熔融性溫度的作用。Na2O和K2O對煤灰熔融性溫度的影響煤灰中的Na2OffiK2O含量一般較低，但它們?nèi)粢杂坞x形式存在于煤灰中時，由于Na劑K的勺離子勢較低，能破壞煤灰中的多聚物，因此，它們均能顯著降低煤灰熔融性溫度。實際上，絕大多數(shù)煤灰中Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過1.5%,K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過2.5%,這些煤灰中的K2cL股不是以游離形式存在，而是作為黏土礦物伊利石的組成成分而存在。實驗證明，伊利石受熱直到熔化，仍無K2O析出。因此，非游離狀態(tài)的K2O對煤灰熔融性溫度

19、的降低作用就大大減小了。Na2O和K2O熔點低，容易與煤灰中的其他氧化物生成低熔點共熔體。如在煤灰中添加K2Q從900c左右開始，K20ttAI2O3、石英形成白榴石(K2O?Al2O3?4SiO2),純白榴石在1686c熔融，白榴石與煤灰中堿性氧化物可以進(jìn)一步反應(yīng)，生成低溫鈉長石和鉀長石的固溶體。同樣，在煤灰中添加Na2Q從800c開始，Na2O與AI2O3、石英形成霞石(Na2O?AI2O3?2SiO2)霞石為典型的堿性礦物，具有比鉀長石(K2O?AI2O3?6SiO2)M強(qiáng)的助熔性，在1060c開始燒結(jié)，隨著堿含量增減，在1150c1200c范圍內(nèi)熔融。對一般煤種而言，Na2OffiK2

20、O含量總是很少，但其影響應(yīng)引起充分重視。堿金屬是造成鍋爐煙氣側(cè)高溫玷污和腐蝕的主要因素，也對爐膛結(jié)渣起不良作用。這是因為Na20t高溫下與SO3化合成Na2SO4其熔點僅有884C,對鍋爐結(jié)焦來說，起著“打底”的作用。所以，Na2%量雖少，但不能忽視其危害。TiO2對煤灰熔融性溫度的影響TiO2是雪白的粉末，俗稱鈦白。鈦白的黏附力強(qiáng)，不易起化學(xué)變化，它的熔點1850C,常被用來制造耐火玻璃、釉料、球瑯、陶土、耐高溫的實驗器皿等。TiO2主要以類質(zhì)同象替代存在于高嶺石的晶格中，它的含量與煤灰中高嶺石的多少及品格好壞有關(guān)。在煤灰中，TiO2始終起到提高灰熔融性溫度的作用，其含量增減對灰熔融性溫度的

21、升降影響非常大，TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增加1%灰熔融性溫度增加36C46C。3礦物組成的影響煤中礦物質(zhì)有3種來源：原生礦物質(zhì)、次生礦物質(zhì)和外來礦物質(zhì)。原生礦物質(zhì)是原始成煤植物含有的礦物質(zhì)，次生礦物質(zhì)是通過水力和風(fēng)力搬運到泥炭沼澤中而沉積的碎屑礦物和從膠體溶液中沉積出來的化學(xué)成因礦物，這兩類礦物質(zhì)統(tǒng)稱煤的內(nèi)在礦物質(zhì)，與煤結(jié)合緊密，較難洗選脫除。外來礦物質(zhì)是在采煤過程中混入煤中的底板、頂板和夾石層中的什石，這類礦物質(zhì)較易通過洗選除去。煤中礦物質(zhì)主要有石英(SiO2)、白云石(CaCO3?MgCO3方解石(CaCO3>黃鐵礦(FeS2)以及高嶺石(AI2O3?2SiO2?2H2O殍。實驗表明，煤中

22、礦物成分在800c之前主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有：白云石受熱分解：CaCO3?MgCOMgO+CaO+2CO210)方解石受熱分解：CaCO3CaO+CO2(11)高嶺石失水轉(zhuǎn)變成為偏高嶺石：AI2O3?2SiO2?2H2O>AI2O3?2SiO2+2H2O(12)煤中礦物質(zhì)多以復(fù)合化合物的形式存在，燃燒生成的灰分也往往是多種組合結(jié)成的共熔物。這些復(fù)合物的共熔物熔點溫度要比純凈氧化物的熔化溫度低得多，如復(fù)合化合物CaO?FeO?SiO熔點僅為1100C。高溫下這些礦物組分除了可能發(fā)生受熱熔融和氧化、還原等變化之外，礦物組分之間還可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成新的礦物，且礦物組分之間也可能發(fā)生低溫共熔現(xiàn)

23、象。因而，煤灰在燃燒過程中的所有變化行為，是這些多種變化的綜合體現(xiàn)。例如，對于CaO-Fe2O阱系，當(dāng)CaO/Fe2O辨爾比為2時，在80OC900c時開始反應(yīng)，生成2CaO?Fe2Q3新生態(tài)2CaO?Fe2O3與其他組分發(fā)生反應(yīng)，生成新的低熔點復(fù)雜化合物，據(jù)此推斷，煤灰中Fe2O3ffiCaCM成分對于降低灰熔融特性溫度具有疊加作用。又如，A12O3本身熔點很高(2050C),隨A12O3含量增加而煤灰熔融性溫度升高。相反,Fe2O3K20Na2O含量高時,易與A12O3、FeO等生成低熔點的共晶體，會產(chǎn)生助熔作用。煤灰中的礦物可分為耐熔礦物和助熔礦物兩大類。通常，煤灰中的耐熔礦物是石英、偏

24、高嶺石(A12O3?2SiO2)、莫來石(3A12O3?2SiO2)和金紅石(TiO2),而常見的助熔礦物是赤鐵礦(Fe2O3)、石膏(CaSO4?2H2O)酸性斜長石(鈉長石與奧長石的統(tǒng)稱)和硅酸鈣(Ca-SiO3)。煤灰中摻入耐熔礦物可提高灰熔融性溫度，反之摻入助熔礦物可降低煤灰熔融性溫度。一般而言，灰熔融性溫度較低的煤灰，硫酸鹽、碳酸鹽、硫化物、氧化物、蒙脫石和長石含量較高；而高嶺石、伊利石、金紅石含量較高的煤灰，灰熔融性溫度則較高。硅酸鹽礦物含量高的煤灰，灰熔融性溫度較高；反之，則硫酸鹽和氧化物礦物含量高，煤灰熔融性溫度較低。在氧化氣氛中，褐煤灰中具有顯著助熔作用的成分是Na2O?口K

25、2Q其次是CaOffiMgO利用煤灰熔融性溫度的變化規(guī)律，采用配煤或添加劑方式控制煤的灰熔融性溫度。如神木煤灰熔融性溫度低(ST<1250C),在用于固態(tài)排渣的鍋爐時，易結(jié)渣造成排渣困難。通過添加高嶺石能夠提高煤灰熔融性溫度，但添加不同的高嶺石，煤灰熔融性溫度提高的幅度不同。添加的高嶺石如使煤灰的SiO2/A12O3越低，則越能顯著提高神木煤灰的ST值。借助CaO-A12O3-SiO2三元相圖，分析原因是煤灰組成逐漸移向莫來石初晶區(qū)，鈣黃長石消失，莫來石生成量增加，莫來石的熔點很高，因而煤灰熔融溫度提高。添加的高嶺石(如使神木煤灰的SiO2/A12O3提高)，則其提高煤灰ST值不顯著，原