決定煤的灰熔融性溫度的因素分析及其計(jì)算方法（Word）

1、決定煤的灰熔融性溫度的因素分析及其計(jì)算方法列舉了化學(xué)成份、礦物成份、添加助熔劑三個(gè)因素對煤灰熔融性的影響，同時(shí)對煤灰熔融溫度的三個(gè)計(jì)算方法和適用條件進(jìn)行了分析，概況如下：1 化學(xué)成份對煤灰熔融性的影響煤灰是一種極為復(fù)雜的無機(jī)混合物，其熔融溫度與化學(xué)組成有一定的關(guān)系。煤灰的組成為Al203、Si02、CaO、Mg0、Fe203、K20、Na20、Ti02、S03等，影響其熔融性溫度的規(guī)律如下。(1)Al203、Ti02含量高的煤灰，其熔融溫度也高。當(dāng)Al203含量>40時(shí)，煤灰的FT必定超過 1500。(2)Si02含量的影響沒有A1203那樣顯著，其規(guī)律沒有那么明顯：Si02含量>

2、40的煤灰其熔融溫度較Si02含量<40的煤灰來得高些。Si02含量大于60時(shí)，Si02的增加看不出熔融性溫度有規(guī)律的變化。(3)煤灰中的CaO大多是以CaSi03形態(tài)存在，而CaSi03熔點(diǎn)較低，所以一般CaO含量愈高，煤的灰熔融溫度愈低：由于CaO本身熔點(diǎn)很高(2590)，如果CaO含量高于50時(shí)，則熔融溫度升高：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對于Si02A1203>30且Si02含量大于50的煤灰，當(dāng)CaO含量在2025時(shí)，煤灰的熔融溫度最低，CaO含量超過這個(gè)范圍時(shí)，煤灰熔融溫度開始提高。對于Si02A120，<30的煤灰，當(dāng)CaO含量在3035時(shí)，煤灰的熔融溫度最低，當(dāng)CaO含量超

3、過這個(gè)范圍時(shí)，煤灰熔融溫度開始提高。(4)由于煤灰中的Mg0含量一般很少，Mg0又與Si02形成低熔點(diǎn)的硅酸鹽，所以也起降低灰熔融溫度的作用。(5)由于氧化鐵與Si02可以形成一系列低熔點(diǎn)的硅酸鹽，所以氧化鐵起了降低灰熔融溫度的作用：在弱還原性氣氛中，氧化鐵以FeO的形態(tài)存在，與其它價(jià)態(tài)的鐵相比，F(xiàn)eO具有最強(qiáng)的助熔效果，如果煤灰中的CaO、堿金屬氧化物等助熔組份含量較高且硅鋁比較高、Pe2O3含量較低時(shí)，煤灰熔融溫度就很低；對于硅鋁比較低且CaO、堿金屬氧化物等助熔組份的含量亦較低的煤灰，在Fe203含量較高時(shí)，才能使其熔融溫度最低。特別是氧化鐵含量低于20g自勺煤灰，當(dāng)Fe203含量每增加

4、1，煤灰的ST溫度平均降低18nn，因此煤灰的熔融溫度是隨Fe203含量增高而降低，煤灰的顏色也是隨Fe203含量增高而加深：這就是為什么煤漿的灰熔融溫度比原料煤的灰熔融溫度低4080的原因(磨機(jī)磨煤時(shí)部分鐵屑進(jìn)入煤漿中)。(6)K20和Na20含量每增加l，煤灰的FT溫度平均降低177。(7)硫在煤灰中起降低熔融溫度的作用。(8)陳文敏通過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出下列規(guī)律：AL2O3/(CaO+Fe2O3)<1.0，則FT300AL2O3/(CaO+Fe2O3)>4.0，則FT400Al2O3/(CAO+Fe2O3)>5.7，則FT>l5002 礦物成份對煤灰熔融性的影響川

5、井隆夫等研究了粘土礦物對煤灰熔融性的影響，發(fā)現(xiàn)年老煤中的礦物以高嶺石為主，其煤灰熔融溫度比年輕煤的高；高嶺石的含量與煤灰熔融性有很好的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)089)；硬石膏的存在會(huì)降低高嶺石的熔融溫度。秀郎呼美也指出，常規(guī)的酸堿指數(shù)與煤灰熔融溫度并無較好的相關(guān)性，因?yàn)樗纯紤]各種煤灰成份的礦物形態(tài)，而礦物形態(tài)不同，熔融溫度也不相同。劉新兵認(rèn)為，堿金屬氧化物以游離形式存在時(shí)能顯著降低煤灰熔融溫度，但多數(shù)煤灰中的K20是作為伊利石的組成部分而存在的，而伊利石受熱直至熔化仍無K20析出，故對煤灰的助熔作用大大減弱。這說明元素的礦物形態(tài)對煤灰熔融性有重要影響。煤灰熔融溫度的顯著差別取決于石英、高嶺土和長石的

6、含量，隨著高嶺土含量增加，煤灰熔融溫度逐漸提高，對高嶺土含量相同的煤灰，熔融溫度隨長石含量增加而降低。2 / 8Vassilev指出：煤中主要結(jié)晶礦物(>5)是石英、高嶺石、伊利石、長石、方解石、黃鐵礦和石膏；次要礦物(15)是方石英、蒙脫石、赤鐵礦、菱鐵礦、白云石、氯化物和重晶石等。通常富含石英、高嶺石、伊利石的煤的灰熔融溫度較高；而蒙脫石、斜長石、方解石、菱鐵礦和石膏含量高的煤則灰熔融溫度較低。煤經(jīng)高溫灰化后，由于發(fā)生了物理化學(xué)變化，煤灰中的主要結(jié)晶礦物變成石英、粘土礦物、長石、碳酸硅、赤鐵礦和硬石膏。煤灰熔融性試驗(yàn)表明，硅酸鹽礦物含量高的煤灰，熔融溫度較高；如果硅酸鹽含量少而硫酸鹽

7、和氧化物礦物含量高，則煤灰熔融溫度較低。煤灰中的耐熔礦物是石英、偏高嶺石、莫來石和金紅石，而常見的助熔礦物是石膏、酸性斜長石、硅酸鈣和赤鐵礦，目前還不能準(zhǔn)確定量分析高溫灰的礦物組成。這一關(guān)系可作為預(yù)測煤灰熔融溫度的基礎(chǔ)。在已知煤灰的礦物含量時(shí)，可以近似計(jì)算煤灰中的每種化學(xué)成份在助熔礦物或耐熔礦物中的比例，這樣將化學(xué)分析和礦物研究結(jié)合起來，能更為準(zhǔn)確地預(yù)測煤灰的熔融溫度。需要指出的是，這種方法僅對特定的或相似的煤田才準(zhǔn)確、可靠。3 添加助熔劑對煤灰熔融溫度的影響研究發(fā)現(xiàn)，在煤灰中加入CaO、Fe203和Mg0，在弱還原氣氛中能大大降低煤灰熔融溫度。為了減少耐火磚的剝落，需加助熔劑來降低灰渣的熔融

8、溫度，通常加入含CaO、Fe203、Mg0的礦石，如石灰石、含F(xiàn)e203的礦渣等提高灰份中CaO+Fe203+Mg0相對含量以降低灰熔融溫度。鐵或鎂的助熔劑優(yōu)于鈣助熔劑，但成本高：硫鐵礦與鎂礦的混合物在有些情況下是不適用的，尤其是在制合成氣的工藝中，它增加了氣體凈化裝置的負(fù)荷和難度，而添加助熔劑CaC03降低灰熔融溫度將導(dǎo)致黑水處理及換熱系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重，且氧耗、能耗高，氣化效率低：操作復(fù)雜，有效氣體成份低。因此，助熔劑的加入增加了煤中的惰性物質(zhì)含量，在固體灰渣處理量增加的同時(shí)還增加列舉了化學(xué)成份、礦物成份、添加助熔劑三個(gè)因素對煤灰熔融性的影響，同時(shí)對煤灰熔融溫度的三個(gè)計(jì)算方法和適用條件進(jìn)行了分析

9、，概況如下：1 化學(xué)成份對煤灰熔融性的影響煤灰是一種極為復(fù)雜的無機(jī)混合物，其熔融溫度與化學(xué)組成有一定的關(guān)系。煤灰的組成為Al203、Si02、CaO、Mg0、Fe203、K20、Na20、Ti02、S03等，影響其熔融性溫度的規(guī)律如下。(1)Al203、Ti02含量高的煤灰，其熔融溫度也高。當(dāng)Al203含量>40時(shí)，煤灰的FT必定超過 1500。(2)Si02含量的影響沒有A1203那樣顯著，其規(guī)律沒有那么明顯：Si02含量>40的煤灰其熔融溫度較Si02含量<40的煤灰來得高些。Si02含量大于60時(shí)，Si02的增加看不出熔融性溫度有規(guī)律的變化。(3)煤灰中的CaO大多是以

10、CaSi03形態(tài)存在，而CaSi03熔點(diǎn)較低，所以一般CaO含量愈高，煤的灰熔融溫度愈低：由于CaO本身熔點(diǎn)很高(2590)，如果CaO含量高于50時(shí)，則熔融溫度升高：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對于Si02A1203>30且Si02含量大于50的煤灰，當(dāng)CaO含量在2025時(shí)，煤灰的熔融溫度最低，CaO含量超過這個(gè)范圍時(shí)，煤灰熔融溫度開始提高。對于Si02A120，<30的煤灰，當(dāng)CaO含量在3035時(shí)，煤灰的熔融溫度最低，當(dāng)CaO含量超過這個(gè)范圍時(shí)，煤灰熔融溫度開始提高。(4)由于煤灰中的Mg0含量一般很少，Mg0又與Si02形成低熔點(diǎn)的硅酸鹽，所以也起降低灰熔融溫度的作用。(5)由于氧化鐵

11、與Si02可以形成一系列低熔點(diǎn)的硅酸鹽，所以氧化鐵起了降低灰熔融溫度的作用：在弱還原性氣氛中，氧化鐵以FeO的形態(tài)存在，與其它價(jià)態(tài)的鐵相比，F(xiàn)eO具有最強(qiáng)的助熔效果，如果煤灰中的CaO、堿金屬氧化物等助熔組份含量較高且硅鋁比較高、Pe2O3含量較低時(shí)，煤灰熔融溫度就很低；對于硅鋁比較低且CaO、堿金屬氧化物等助熔組份的含量亦較低的煤灰，在Fe203含量較高時(shí)，才能使其熔融溫度最低。特別是氧化鐵含量低于20g自勺煤灰，當(dāng)Fe203含量每增加1，煤灰的ST溫度平均降低18nn，因此煤灰的熔融溫度是隨Fe203含量增高而降低，煤灰的顏色也是隨Fe203含量增高而加深：這就是為什么煤漿的灰熔融溫度比原

12、料煤的灰熔融溫度低4080的原因(磨機(jī)磨煤時(shí)部分鐵屑進(jìn)入煤漿中)。(6)K20和Na20含量每增加l，煤灰的FT溫度平均降低177。(7)硫在煤灰中起降低熔融溫度的作用。(8)陳文敏通過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出下列規(guī)律：AL2O3/(CaO+Fe2O3)<1.0，則FT300AL2O3/(CaO+Fe2O3)>4.0，則FT400Al2O3/(CAO+Fe2O3)>5.7，則FT>l5002 礦物成份對煤灰熔融性的影響川井隆夫等研究了粘土礦物對煤灰熔融性的影響，發(fā)現(xiàn)年老煤中的礦物以高嶺石為主，其煤灰熔融溫度比年輕煤的高；高嶺石的含量與煤灰熔融性有很好的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)089)

13、；硬石膏的存在會(huì)降低高嶺石的熔融溫度。秀郎呼美也指出，常規(guī)的酸堿指數(shù)與煤灰熔融溫度并無較好的相關(guān)性，因?yàn)樗纯紤]各種煤灰成份的礦物形態(tài)，而礦物形態(tài)不同，熔融溫度也不相同。劉新兵認(rèn)為，堿金屬氧化物以游離形式存在時(shí)能顯著降低煤灰熔融溫度，但多數(shù)煤灰中的K20是作為伊利石的組成部分而存在的，而伊利石受熱直至熔化仍無K20析出，故對煤灰的助熔作用大大減弱。這說明元素的礦物形態(tài)對煤灰熔融性有重要影響。煤灰熔融溫度的顯著差別取決于石英、高嶺土和長石的含量，隨著高嶺土含量增加，煤灰熔融溫度逐漸提高，對高嶺土含量相同的煤灰，熔融溫度隨長石含量增加而降低。Vassilev指出：煤中主要結(jié)晶礦物(>5)是石

14、英、高嶺石、伊利石、長石、方解石、黃鐵礦和石膏；次要礦物(15)是方石英、蒙脫石、赤鐵礦、菱鐵礦、白云石、氯化物和重晶石等。通常富含石英、高嶺石、伊利石的煤的灰熔融溫度較高；而蒙脫石、斜長石、方解石、菱鐵礦和石膏含量高的煤則灰熔融溫度較低。煤經(jīng)高溫灰化后，由于發(fā)生了物理化學(xué)變化，煤灰中的主要結(jié)晶礦物變成石英、粘土礦物、長石、碳酸硅、赤鐵礦和硬石膏。煤灰熔融性試驗(yàn)表明，硅酸鹽礦物含量高的煤灰，熔融溫度較高；如果硅酸鹽含量少而硫酸鹽和氧化物礦物含量高，則煤灰熔融溫度較低。煤灰中的耐熔礦物是石英、偏高嶺石、莫來石和金紅石，而常見的助熔礦物是石膏、酸性斜長石、硅酸鈣和赤鐵礦，目前還不能準(zhǔn)確定量分析高溫

15、灰的礦物組成。這一關(guān)系可作為預(yù)測煤灰熔融溫度的基礎(chǔ)。在已知煤灰的礦物含量時(shí)，可以近似計(jì)算煤灰中的每種化學(xué)成份在助熔礦物或耐熔礦物中的比例，這樣將化學(xué)分析和礦物研究結(jié)合起來，能更為準(zhǔn)確地預(yù)測煤灰的熔融溫度。需要指出的是，這種方法僅對特定的或相似的煤田才準(zhǔn)確、可靠。3 添加助熔劑對煤灰熔融溫度的影響研究發(fā)現(xiàn)，在煤灰中加入CaO、Fe203和Mg0，在弱還原氣氛中能大大降低煤灰熔融溫度。為了減少耐火磚的剝落，需加助熔劑來降低灰渣的熔融溫度，通常加入含CaO、Fe203、Mg0的礦石，如石灰石、含F(xiàn)e203的礦渣等提高灰份中CaO+Fe203+Mg0相對含量以降低灰熔融溫度。鐵或鎂的助熔劑優(yōu)于鈣助熔劑

16、，但成本高：硫鐵礦與鎂礦的混合物在有些情況下是不適用的，尤其是在制合成氣的工藝中，它增加了氣體凈化裝置的負(fù)荷和難度，而添加助熔劑CaC03降低灰熔融溫度將導(dǎo)致黑水處理及換熱系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重，且氧耗、能耗高，氣化效率低：操作復(fù)雜，有效氣體成份低。因此，助熔劑的加入增加了煤中的惰性物質(zhì)含量，在固體灰渣處理量增加的同時(shí)還增加了整個(gè)制漿過程的成本，減少了煤漿的有效成份。魯南Texaco。煤氣化裝置采用不同煤種混配以改變煤灰組成來降低灰熔融溫度，即將煤灰組份MgO、Fe203、CaO、K20、Na20高的煤與灰熔融溫度較高的煤混配來降低灰熔融溫度，減少或取消助熔劑CaC03的添加量，以降低黑水系統(tǒng)中Ca2+

17、含量?？傊?，AL203、Si02和Ti02為酸性氧化物，其含量越多，煤灰的熔融溫度就越高；煤灰中的Fe203、CaO、MgO、K20和Na20為堿性氧化物，其含量越多，煤灰的熔融溫度就越低。硫在煤灰中起降低熔融溫度的作用。能使煤灰的FT溫度提高的氧化物，按照作用由大至小的順序?yàn)門i02>AL203>Si02；能使煤灰的FT溫度降低的氧化物，其作用由大至小的順序?yàn)镃aO>Mg0>Fe203>Na2O；K2O表現(xiàn)出中間行為。此外，煤灰中堿性氧化物(即b指數(shù)，為Fe203+CaO+MgO+KNaO)在4050時(shí)，由于低熔點(diǎn)共熔體的形成，使熔融溫度最低；當(dāng)B<40時(shí)

18、，煤灰的熔融溫度隨著酸性氧化物含量的增加而提高；當(dāng)6>50時(shí)，煤灰的熔融溫度隨著堿性氧化物含量的增加而提高，但對應(yīng)關(guān)系較差。4 煤灰熔融溫度的計(jì)算方法長期以來，除實(shí)測外，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研 究工作，提出了幾種根據(jù)煤灰化學(xué)組成預(yù)測煤灰熔融溫度的方法。如：姚星一等根據(jù)我國煤灰組成特點(diǎn)，提出了灰熔融溫度FF計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式： FT=24AL203+11(Si02+Ti02)+7(CaO+MgO)+3(Fe203+KNaO) (1)FT=200+21Al203+lOSi02+5b (2)FT=200+(25b+20Al203)+(33B+10Si02) (3)(1)、(2)式適用于b<30

19、的煤灰熔融溫度計(jì)算：(3)式適用于A>30的煤灰熔融溫度計(jì)算，如果(25b+20Al2O3)<332時(shí)，則應(yīng)再加上2332(25b+20Al2O3)；如果(33b+10Si02)<475時(shí)，應(yīng)再加上2475(336+lOSi02)。這些經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算出的FT值一般與實(shí)測值之差在100以內(nèi)。Winegartner和Rhodes、Sondreal和Elhnan分別利用大量的美國煤樣的分析數(shù)據(jù)，通過回歸分析，得到能夠準(zhǔn)確預(yù)測煤灰熔融溫度的預(yù)測方程；Vincent研究了新西蘭煤灰化學(xué)組成與灰熔融溫度之間的關(guān)系，根據(jù)特定煤田的煤灰組成，利用多元回歸法、逐步回歸法來預(yù)測煤灰熔融溫度。平戶瑞穗

20、根據(jù)煤灰中主要化學(xué)成份如CaO、Fe203、A1203和Si02與灰熔融溫度之間的關(guān)系建立了多元回歸方程(其相關(guān)系數(shù)r=095)，能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測煤灰的熔融溫度。了整個(gè)制漿過程的成本，減少了煤漿的有效成份。魯南Texaco。煤氣化裝置采用不同煤種混配以改變煤灰組成來降低灰熔融溫度，即將煤灰組份MgO、Fe203、CaO、K20、Na20高的煤與灰熔融溫度較高的煤混配來降低灰熔融溫度，減少或取消助熔劑CaC03的添加量，以降低黑水系統(tǒng)中Ca2+含量。總之，AL203、Si02和Ti02為酸性氧化物，其含量越多，煤灰的熔融溫度就越高；煤灰中的Fe203、CaO、MgO、K20和Na20為堿性氧化物，其含量越多，煤灰的熔融溫度就越低。硫在煤灰中起降低熔融溫度的作用。能使煤灰的FT溫度提高的氧化物，按照作用由大至小的順序?yàn)門i02>AL203>Si02；能使煤灰的FT溫度降低的氧化物，其作用由大至小的順序?yàn)镃aO>Mg0>Fe203>Na2O；K2O表現(xiàn)出中間行為。此外，煤灰中堿性氧化物(即b指數(shù)，為Fe203+CaO+MgO+KNaO)在4050時(shí)，由于低熔點(diǎn)共熔體的形成，使熔融溫度最低；當(dāng)B<40時(shí)，煤灰的熔融溫度隨著酸性氧化物含量的增加而提高；當(dāng)6>50時(shí)，煤灰的熔融溫