煤灰的熔融性是指煤灰受熱時(shí)由固態(tài)向液態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化的特性,煤灰的熔融性是動(dòng)力用煤高溫特性的重要測(cè)定項(xiàng)目之一。由于煤灰不是一個(gè)純凈物,它沒(méi)有嚴(yán)格意義的熔點(diǎn),衡量其熔融過(guò)程的溫度變化,通常用三個(gè)特征溫度:即變形溫度(DT),軟化溫度(ST)、流動(dòng)溫度(FT)。這三個(gè)溫度代表了煤灰在熔融過(guò)程中固相減少,液相漸多的三點(diǎn),在工業(yè)上多用軟化溫度作為熔融性指標(biāo),稱為灰熔點(diǎn)。
一、煤灰的熔融性對(duì)于煤粉固態(tài)排渣爐的爐膛結(jié)渣有密切關(guān)系:
如灰熔融性溫度低,在爐膛高溫下熔融粘在爐膛受熱面上,冷卻后形成結(jié)渣。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),煤灰軟化溫度小于1350℃就有可能造成爐膛結(jié)渣。故煤粉固態(tài)排渣爐要求灰熔融性溫度高。
煤灰熔融過(guò)程中DT-ST之間的溫度為軟化區(qū)間溫度,根據(jù)其范圍把灰分為長(zhǎng)渣和短渣,一般認(rèn)為軟化區(qū)溫度大于200℃為長(zhǎng)渣,小于100℃為短渣。通常短渣的煤易于結(jié)焦,燃用長(zhǎng)渣的煤較為安全。
二、影響煤灰熔融性的因素:
影響煤灰熔融性的因素主要是煤灰的化學(xué)組成和煤灰受熱時(shí)所處的環(huán)境介質(zhì)的性質(zhì):
一、煤灰的化學(xué)組成比較復(fù)雜,通常以各種氧化物的百分含量來(lái)表示。其組成百分含量可按下列順序排列:SiO2,Al2O3,(Fe2O3 FeO),CaO,MgO,(Na2O K2O)。這些氧化物在純凈狀態(tài)時(shí)熔點(diǎn)大都較高(Na2O和K2O除外)。在高溫下,由于各種氧化物相互作用,生成了有較低熔點(diǎn)的共熔體。熔化的共熔體還有溶解灰中其他高熔點(diǎn)礦物質(zhì)的性能,從而改變共熔體的成分,使其熔化溫度更低。上列氧化物分為三類,此三類氧化物對(duì)煤灰的熔融性的影響如下:
Al2O3
能提高灰熔點(diǎn),煤灰中三氧化二鋁含量自15%開(kāi)始,煤灰熔融性溫度隨其含量增加而有規(guī)律的增加,煤灰中Al2O3含量大于40%時(shí),ST一般都超過(guò)1500℃;大于30%時(shí),ST也多在1300℃以上。當(dāng)三氧化二鋁含量高于25%時(shí),DT與ST
的溫差,隨其含量增加而變小。
SiO2
對(duì)灰熔點(diǎn)的影響較復(fù)雜,主要看它是否與Al2O3結(jié)合成2SiO2.Al2O3,如煤灰中SiO2和Al2O3的含量比為1.18(即2SiO2.Al2O3)時(shí),灰熔點(diǎn)一般較高。隨著該比值增加,灰熔點(diǎn)逐漸降低,這是由于灰中存在游離氧化硅。游離氧化硅在高溫下可能與堿性氧化物結(jié)合成低熔點(diǎn)的共晶體,因而使灰熔點(diǎn)下降。游離氧化硅過(guò)剩較多時(shí),卻可以使灰熔點(diǎn)升高。由于大多數(shù)煤灰的SiO2和Al2O3的含量比值在1
4之間,所以煤灰中堿性氧化物的存在會(huì)降低灰熔點(diǎn)。
堿性氧化物(Fe2O3 CaO MgO KNaO)一般此類氧化物能降低灰熔點(diǎn)。其中Fe2O3的影響較復(fù)雜,灰渣所處的介質(zhì)性質(zhì)不同而有不同影響,但總的趨勢(shì)是降低灰熔融性溫度。CaO和MgO有減低灰熔點(diǎn)的助熔作用,且有利于形成短渣,但其含量超過(guò)一定值時(shí)(大約25%
30%),卻可以提高灰熔點(diǎn)。K2O和Na2O能促進(jìn)熔點(diǎn)很低的共熔體的形成,因而使DT減低。
二、在鍋爐爐膛中介質(zhì)的性質(zhì)可分為兩種:弱還原性介質(zhì)和氧化性介質(zhì)。介質(zhì)性質(zhì)不同時(shí),灰渣中的鐵具有不同的價(jià)態(tài)。在弱還原氣體介質(zhì)中,鐵呈氧化亞鐵(熔點(diǎn)1420℃);在氧化性介質(zhì)中呈氧化鐵(熔點(diǎn)1565℃)。氧化亞鐵最容易與灰渣中的氧化硅形成低熔點(diǎn)的共熔體(FeSiO4),所以在弱還原性介質(zhì)中,灰熔點(diǎn)最低,在氧化性介質(zhì)中,灰熔點(diǎn)要高一些。
綜上所述,對(duì)于大多數(shù)煤灰SiO2含量較高,多呈酸性。在酸性灰渣中,堿性氧化物的存在起了降低灰熔融溫度的作用。