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什么是煤的熔融性和灰黏度

煤灰是煤中矿物质燃烧后生成的各种金属和非金属氧化物以及硫酸盐等复杂的混合物,它们没有一个固定的熔化温度,而只是一个较宽的熔化温度范围,并且这些煤灰成分在一定温度下能形成共熔体,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能力,并改变了熔体成分和熔化温度。煤灰的这种熔融特性习惯上称为煤灰熔点。

煤灰的熔融性取决于煤灰的组成。煤灰成分十分复杂,主要有SiO 、Al 、Fe 、CaO、MgO和SO 等。煤灰主要成分的含量波动很大,根据煤灰成分可以大致推测煤中矿物质的组成,初步判断灰熔点的高低。一般情况下煤灰中Al 和SiO 含量的比例越大,其熔化温度越高;而Fe 、CaO和MgO等碱性成分的比例越大,则熔化温度越低。煤灰熔点也可根据其组成用经验公式进行计算。

煤灰熔点是气化与燃烧用煤的一个重要工艺指标,对于固体排渣的气化炉或锅炉,结渣是生产中的一个严重问题。灰熔点低的煤容易结渣,这将降低气化炉煤气的质量或给锅炉燃烧带来困难,影响正常操作,甚至造成停炉事故。因此,对这类气化炉与锅炉应使用灰熔点高的原料煤。但对液态排渣的气化炉或锅炉,则希望原料煤的灰熔点低,熔融灰渣的黏度小,流动性好并且对耐火材料或金属无腐蚀作用。

测定煤灰熔融性常用方法是角锥法(GB 219)。测定方法是将煤灰与糊精混匀后在模中制成一定尺寸的三角锥体,将三角锥体放入灰熔点测定炉中在一定的气氛下,以一定的加热速度升温,观察灰锥在受热过程中的形态变化,确定它的三个特征熔融温度:变形温度(T ),软化温度(T )和熔化温度(T )。当灰锥受热后尖端开始熔化,开始弯曲或变圆时,该温度即为变形温度;当继续加热锥尖弯曲至触及托板,或变成球形,或变成高度小于等于底长的半球形时,此时的温度为软化温度;当灰锥完全熔化、有较大流动性展开成薄层(≤1.5mm)时,此时温度为流动温度。工业上一般选软化温度T 作为衡量煤灰熔融性的主要指标。按照煤灰熔融温度的高低可将煤灰分为四种类型(如表2-9所示)。灰熔点测试时的气氛对结果有影响,一般应模拟工业条件在弱还原性气氛中进行。

表2-9 灰熔点分级

煤灰黏度是指煤灰在高温熔融状态下流动时的内摩擦系数。煤灰在高温下达到熔化温度后即呈流体,整个流体可假设由多层组成。煤灰流动时两个相对的液层之间存在相互作用的内摩擦,其摩擦系数即为煤灰黏度η。煤灰黏度可用牛顿摩擦定律推算。可应用钢丝扭矩式黏度计测定煤灰的黏度。煤灰黏度是气化用煤和动力用煤的重要指标。对液态排渣的气化炉和燃烧炉来说,了解煤灰流动性可选择合宜的原料和燃料煤、助熔剂和确定排渣温度,可正确指导气化和燃烧的生产工艺和炉型设计。

用煤灰黏度η可以较好评定灰渣的流动性,灰黏度小流动性好可以正常液态排渣。灰渣黏度大其流动性则差,当煤灰黏度达到100Pa·s时,熔渣在重力作用下将停止流动。我国煤灰黏度一般在5~25Pa·s,在生产上对固定床的液态排渣气化炉,煤灰黏度应小于5Pa·s;粉煤气化炉的灰渣黏度应小于25Pa·s;对液态排渣锅炉为保证操作顺利,要求煤灰黏度为5~10Pa·s,最高不能超过25Pa·s;而对灰熔点高、灰黏度大的煤则适用于各种类型气化和燃烧用的固定床、流化床的固态排渣炉。

煤灰黏度的大小主要取决于煤中矿物质组成及成分间的相互作用。一般来说,随灰渣成分中SiO 和Al 含量高,灰渣黏度大;而Fe 、CaO、MgO或Na O等增加,煤灰黏度则降低。生产中可采用加入助熔剂和配煤等方法改变灰渣黏度,以适应气化或燃烧的需要。

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