煤灰熔融性弱还原性气氛的调节分析

李潇

（神华国能宁夏煤电有限公司宁夏银川750000）

摘要：对碳量进行调节可以让封碳法的弱还原性气氛出现变化，可以发现温度与碳量的具体关系。本文首先对煤灰熔融性相关概念作出简要阐述，然后针对煤灰熔融性弱还原性气氛的调节展开实验，对比实验结果数据，可以得出煤灰熔融性弱还原性气氛调节的相关结论，并对此结论进行验证。

关键词：煤灰熔融性；还原性气氛；调节作用

前言：在煤灰熔融性测定过程中，强还原性气氛、弱还原性气氛与氧化性气氛是主要三种气氛类型，现阶段，在实验室中多采用弱还原性气氛进行实验，在气化室与工业锅炉燃烧中，弱还原气氛的主要组成为O2、H2、CO、CH4与CO2，采用弱还原性气氛进行煤灰熔融性实验，可以保证其结果和工业实际情况相接近。

一、煤灰熔融性

煤灰熔融性也被称为煤灰熔点，在动力用煤方面，煤灰熔融性是衡量其质量的重要指标，在煤燃烧后，会出现灰分，在高温条件下，这是锅炉用煤中的重要特点。如果锅炉为煤粉燃烧固态排渣类型，煤灰熔融性可以成为对锅炉炉膛结渣概率进行判断重要依据，而结渣会让锅炉使用形成危险。因此，在煤粉炉中，使用的煤需具有燃烧灰熔点高特点。与此同时，使用较低灰熔温度煤可以让液态排渣煤粉炉的排渣更为顺利。除此之外，利用灰熔点相对较低的煤可以让层燃锅炉运行中形成一定融渣，这种融渣可以对层燃锅炉炉排起到一定保护作用。

二、煤灰熔融性弱还原性气氛的调节实验

（一）实验准备及测定方法

在具体实验中，笔者决定采用在过去几年中得到广泛使用的一种微机灰熔点测定仪器，该仪器可以分为两个组成部分，一是灰熔点测定仪，二是计算机，在测定仪加热主体中，主要包含了硅碳管、热电偶、刚玉杯、灰锥、炉壳、刚玉内套管、刚玉外套管、电极片、泡沫氧化铝保温砖、观察孔组成，利用灰锥模子可以对三角锥体进行制备，制备出灰锥的底部为正三角形，其边长为7mm，高度为20mm。采用石墨为工业用石墨，其粒度在0.5mm以内，灰分在15%以内。

在具体实验过程中，标定弱还原性气氛采用封碳法，利用标准锥法对气氛进行确定，标准灰锥的制备采用GBW11124煤灰熔融性标准物质，

在此过程中，需要依照流动温度值、软化温度值和还原气氛下标准值相差在40℃以内原则进行测定，其基准为炉内气氛为弱还原性。在此实验中，其特征温度主要包含四个方面：（1）变形温度（DT）。主要指的是灰锥尖端开始出现弯曲时的温度数值。（2）软化温度（ST）。软化温度主要指的是灰锥变为球形状或者灰锥尖端接触到托板时的温度数值。（3）半球温度（HT）。半球温度主要指的是灰锥已经和半球形相接近的温度数值。（4）流动温度。流动温度主要指的是灰锥已经完全熔化时的温度数值。

（二）具体实验

弱还原性下GBW11124煤灰标准物质标标准值及不确定度如表1所示。

结合表1，在弱还原性下，GBW11124煤灰标准物质的变形温度标准值为1024℃，不确定度为11℃；软化温度标准值为1092℃，不确定度为10℃；半球温度标准值为1160℃，不确定度为12℃；流动温度标准值为1191℃，不确定度为10℃。

然后依照每次增加1g石墨与2g活性炭的方法进行增加，对比实验数据可以得到结果。

在实验过程中，为让实验现象得到明显体现，加入了一定碳物质，碳物质比经验量少。将6g石墨与10g活性炭放入刚玉杯中，然后对其进行混合，并在刚玉杯上平铺，经过实验，可以得到相应结果，即试样GBW11124在封碳法气氛条件下，其变形温度值为1164℃，软化温度值为1172℃，半球温度值为1230℃，流动温度值为1280℃.对比之前数值，可以发现活性炭与石墨的混合并不能让相关要求得到满足，特征温度值一般相差在100℃左右。

混合7g石墨与12g活性炭，经过检测，可以发现试样GBW11124在封碳法气氛条件下，其变形温度为1101℃，软化温度为1136℃，半球温度为1173℃，流动温度为1240℃。进行具体对比，可以发现在石墨量与活性炭的增添条件下，标准灰物质的变形温度、软化温度、半球温度与流动温度会降低，和前一实验相比，其温度后大约差50℃左右。

混合8g石墨与14g活性炭，依照前文步骤进行实验，进过检测，可以得到实验结果，试样GBW11124在封碳法的气氛条件下，其变形温度为1076℃，软化温度为1111℃，半球温度为1150℃，流动温度为1204℃。和前一阶段相比，其变形温度、软化温度、半球温度与流动温度大约降低为30℃。

在第三次实验结束之后，对其增加量进行调整，在石墨保持在8g条件下，只增加2g活性炭，即混合8g石墨与16g活性炭。经过实验，发现试样GBW11124在封碳法的气氛条件下，其变形温度为1069℃，软化温度为1096℃，半球温度为1131℃，流动温度为1193℃。然后在活性炭保持在14g条件下，只增加1g石墨，即混合9g石墨与14g活性炭，可以发现试样GBW11124在封碳法的气氛条件下，其变形温度为1081℃，软化温度为1112℃，半球温度为1147℃，流动温度为1209℃。对此数据结果进行对比，可以发现增加2g活性炭的反应要更为明显，对其原因进行分析。在温度相对较低时，活性炭具有较为强烈的反应，会对煤灰特征温度具有较为明显的影响，而少量石墨的添加并没有明显影响GBW11124煤灰实验。活性炭反应在低温条件下的反应要明显高于石墨，而随着温度的提升，石墨反应会渐渐变得更为激烈，在1500℃时，对于气氛来说，石墨会占有主导地位。

（三）结论验证

在上述实验中，在不包含最后一次微调实验条件下，随着碳量大（？）的增加，温度呈下降趋势。我们可以观察在弱还原性气氛下，温度和碳量之间的关系，并联系所有实验，做出结论，即在弱还原性气氛下，碳含量的增加可能会让灰熔融性温度降低，但这种降低具有一定限制，如果碳含量超过临界点，那么弱还原性气氛会转化为相对较强的还原性。为对结论进行验证，笔者利用同样得到广泛采用的5E-AF型灰熔融性测试仪对结论进行验证，该仪器在笔者工作室中购买时间相对较早，至今依然具有较为良好的工作性能。同样利用封碳法进行实验，初始实验中碳物质质量共有23g，其中包含石墨9g、活性炭14g。之后添加2g石墨，可以发现试样GBW11124变形温度是1093℃，软化温度是1109℃，半球温度是1133℃，流动温度是1197℃；然后将其改为添加4g石墨，可以发现GBW11124变形温度是1101℃，软化温度是1109℃，半球温度是1143℃，流动温度是1210℃；之后将其改为添加6g石墨，可以发现试样GBW11124变形温度是1110℃，软化温度是1151℃，半球温度是1196℃，流动温度是1252℃。可以发现，随着碳量的添加，试样GBW11124变形温度、软化温度、半球温度、流动温度出现提升，弱还原性气氛下变化特点此时并不适用，其变化方向恰恰相反。如图1所示。

图1弱还原气氛与强还原气氛下温度与碳量关系

结合图1，在此过程中，其出现了明显转折，在转折点出现后，随着碳量的添加，测定温度如果持续提升，那么就可以将此提升过程归纳为较强还原性气氛，这也让临界点与趋势线的存在得到有效证明。

结论：综上所述，使用微机灰熔点测定仪器，通过调节添加石墨与活性炭的方法，可以对GBW11124煤灰熔融性标准物质进行实验，通过结果数据对比，可以发现在弱还原性气氛下，其温度与碳量之间具有一定联系，在具体工作中，需要结合实际情况制定工作曲线，，以对工作中存在问题进行解决，让仪器状态得到调整。

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