杨阳
（神华新疆化工有限公司，新疆 乌鲁木齐831400）
［摘 要］煤灰熔融性（即灰熔点）不仅是评价工业用煤的重要指标，也是煤灰结渣特性的重要参数，直接影响煤的气化效果。以神华新疆化工有限公司所用红沙泉混煤和黑山混煤为例，按照《煤灰熔融性的测定方法》（GB/T 219—2008）的要求，通过改变封碳法中石墨粒的质量（即控制不同的试验气氛），探讨煤灰熔融性测定时试验气氛与煤灰熔融性之间的关系。结果表明，不同试验气氛对煤灰熔点（主要指流动温度）的影响不同，必须严格按照现场装置一样的气氛进行煤灰熔点的测定，所得数据才对工业生产具有指导意义；同时，利用煤灰熔融性变化的规律，可采用配煤、添加耐熔剂或助熔剂等方法改变或调控煤灰熔点，以满足气化工艺的要求。
［关键词］煤灰熔融性；试验气氛；氧化性气氛；弱还原性气氛；封碳法；石墨粒；流动温度
［中图分类号］TQ544 ［文献标志码］A ［文章编号］1004-9932（2020）04-0050-03
0 引 言
煤灰熔融性是灰锥在高温下达到熔融状态的温度，主要包括变形温度（DT），软化温度（ST）、半球温度（HT）和流动温度（FT）。煤灰熔融性测定的试验气氛有弱还原性气氛和氧化性气氛2种：弱还原性气氛可采用通气法和封碳法；氧化性气氛是通过炉内不放任何含碳物质，并使空气在炉内自由流通的办法实现。前期神华新疆化工有限公司根据仪器厂家给出的建议，在依据《煤灰熔融性的测定方法》（GB/T 219—2008）进行煤灰熔融性测定时，采用在石英舟两侧分别加入5 g石墨粒的办法控制弱还原性气氛，但实际测出的灰熔点数据不稳定且波动很大，这一现象导致采用试验数据对生产进行指导时存在很大的问题。由此，我们考虑是否是试验气氛的控制没有达到试验要求，因为在气化炉中煤的燃烧过程是一个弱还原性气氛，必须严格按照现场装置一样的气氛进行煤灰熔融性的试验测定，只有这样，得到的数据才对工业生产具有指导意义。
煤的灰熔融性不仅是评价工业用煤的重要指标，也是煤灰结渣特性的重要参数，直接影响煤的气化效果。目前气流床气化技术是主流的、较为先进的煤气化技术，气流床气化的共同特点是采用液态排渣，这就要求气化炉的操作温度要高于煤灰的流动温度（FT），若操作温度低于煤灰的流动温度（FT），会导致气化炉排渣不畅，无法正常运行，而过度提高气化炉的操作温度又会造成粗煤气中的有效气含量降低和气化炉炉砖磨损加快等，因此，研究原料煤的灰熔融特性对于实际生产意义重大。影响煤灰熔融性的因素是多方面的，以下主要就煤灰熔融性测定的试验气氛与煤灰熔融性之间的关系进行探讨。
1 试验部分
1.1 仪器和材料
灰熔融性测试仪：型号SDAF2000e，湖南三德科技股份有限公司生产。
石墨粒：粒度＜1 mm，含碳量＞99%，湖南三德科技股份有限公司生产。
糊精溶液：糊精（化学纯）10 g溶于100 mL蒸馏水中，配成浓度为100 g/L的溶液。
其他仪器：刚玉舟、灰锥托板、玛瑙研钵、标准筛等。
煤灰：黑山混煤和红沙泉混煤分别破碎至0.2 mm后，按《煤的工业分析方法》（GB/T 212—2008）之要求将其完全灰化，然后使用玛瑙研钵将其分别研磨至粒度＜0.1 mm。
1.2 试验方法
据GB/T 219—2008，使用少量糊精溶液对煤灰进行润湿，保证煤灰处于可塑形态，随后将其放入灰锥磨具（磨具一般为高20 mm、底边边长为7 mm的正三角形）中挤压成型，压实后放置于三角槽内，风干或者恒温60 ℃干燥备用；由于试验条件限制，采用封碳法控制试验气氛。在其他条件不变的情况下，分别按表1、表2以1 g石墨粒为步长依次改变试验气氛，记录0～15 g石墨粒控制气氛下黑山混煤和红沙泉混煤的流动温度（流动温度对于工业生产而言最具指导意义）。
2 结果与讨论
据表1、表2的数据（平均值），以石墨粒质量为横坐标、黑山混煤和红沙泉混煤的流动温度（FT）为纵坐标，绘制不同试验气氛下黑山混煤和红沙泉混煤的流动温度趋势图，如图1。
由表1、表2和图1可以看出，不同试验气氛对不同原料煤的影响程度是不同的：0～15 g石墨粒控制气氛下，红沙泉混煤的流动温度变化极差为116 ℃，而黑山混煤的流动温度变化极差为17 ℃，红沙泉混煤的流动温度受试验气氛的影响更大；红沙泉混煤和黑山混煤的流动温度在石墨粒质量分别为12 g和9 g时趋于稳定，再继续增加石墨粒的质量，煤的灰熔点（FT）变化就只有1～2 ℃了。可见，为保证试验结果的稳定性，试验时在石英舟两侧各加入12 g石墨粒即可满足试验气氛的要求。
为了分析为什么不同试验气氛对煤灰熔点（FT）的影响不同，对黑山混煤和红沙泉混煤进行灰成分分析，结果见表3。可以看出，红沙泉混煤中Fe2O3含量（25.21%）远高于黑山混煤中的Fe2O3含量（10.15%）。这从2种煤灰的颜色也可以分辨出，红沙泉混煤的煤灰为红棕色，而黑山混煤的煤灰为土灰色。
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