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NaCl对煤灰熔融特性影响的实验研究 一、引言 近年来，国际能源危机的加剧和对环境的保护愈来愈高，使得燃煤综合利用技术的开发和研究日益受到重视。为了保持可持续发 展，要把能源有效利用和保护环境紧密结合起来。煤炭作为能源的利用方式必须改变，必须大力开发和推广先进的洁净煤技术和煤炭转化技术。如何寻找一种经济简便的方法迅速提高燃煤利用率同时又能减少污染物的排放是许多企业急需解决的问题。 煤灰是由各种不同的矿物质组成的混合物，在高温下熔融过程也较复杂。在加热过程中，煤灰中除各矿物组分熔融外，矿物组分之间也会发生反应，生成新的无机成份。各矿物组分之间还会发生低温共熔现象，从而影响煤灰的熔融特性。所以，研究煤的结渣机理，还需对不同矿物质在煤中的存在形式，煤在研磨和燃烧过程中的物理和化学变化，以及颗粒在炉内的燃烧产物的物理化学性质。 煤燃烧是一个相当复杂的化学反应过程，煤中金属化合物的存在又对煤的燃烧特性和煤灰熔融特性有较大的影响。为研究金属化合物及相同金属化合物不同含量时对煤灰熔融特性的影响规律，本文选用湖南省宁乡煤炭坝烟煤做为煤样，对试验煤样加入金属化合物NaCl时，通过对试验数据的研究分析，寻找金属化合物NaCl对煤煤灰熔融特性的影响。从而研究试验煤样的燃烧特性和煤灰熔融特性的变化规律。 二、实验方案及方法 在做灰熔点方面实验中，我们主要采用以下途径对各成分在组成中的作用进行实验研究 在合格的煤粉中添加不同的质量百分比例2、4、6、8的金属化合物NaCl，观察NaCl含量的变化会对灰样的结渣特性产生何种影响，进而判断该种氧化物在煤中结渣性能中所扮演的角色。结合判断煤灰结渣特性的熔融特征温度来研究这几种成分在加热过程中的反应变化来进行的。由于煤灰成分的复杂性，煤灰是多种组分的混合物，因此，不同试样的煤灰熔点，也只有一个熔融的温度范围，为了准备的表示不同煤灰熔融特性，一般用反应煤灰不同形状的变形温度DT、软化温度ST、半球温度HT和流动温度FT来表示煤灰的熔融特性。煤灰熔融性温度也是是评价不同动力用煤的重要指标，煤灰的熔融特性的不同，煤灰的结渣特性也是不一样的。本文将利用煤灰中金属化合物NaCl含量的变化来研究与煤灰熔融性相关的四个特性温度，进而分析其对熔融特性的影响。 1.灰样的制取 将掺入了不同金属化合物及相同金属化合物不同含量的煤粉均匀混合后，称取不同试样的煤粉试样各1克盛于实验用干净的瓷舟中，共20瓷舟。将瓷舟轻轻地推入到预先升温至850℃的SX-4-10箱式电阻炉中，然后关闭炉门，调整电阻炉内温度保持在81510℃，经过30min后，当试验煤样在电阻炉设定温度下完全灰化，然后取出将灰样放在空气中冷却1-2分钟，再将灰样放入干燥皿中冷却至室温，最后统一盛于事先准备好的玻璃瓶中。再重复上述过程，都有10克左右为止，将所有灰样放入装样瓶中，并做好标识，按规定将玻璃瓶摆放在阴凉干燥通风处备用。 2 灰锥的制做 将选好的煤灰放在玻璃板上，用配制好的糊精粉溶液慢慢地润湿煤灰并均匀地搅拌，在这一过程中，一定要控制好糊精粉溶液的量，煤灰不能调的太稀也不能太硬，调好后，用小尖刀将湿灰样铲入灰锥模型中挤压成型。灰锥模型一般是一个底边为7mm,腰为20mm的等腰三角形，等到模型中的灰锥表面稍微变干燥后，松开模型的两个边，用刀片将模形中的灰锥小心地取出来轻轻地推至玻璃板上摆放好，放在空气中自然干燥以备用。 3、灰熔融性温度的测试 本文灰锥测试法实验所用仪器为SDAF 2000d灰熔融性测试仪，他能在氧化性或弱还原性气氛下利用先进的CCD技术，自动完成煤灰熔融性测试，识别灰样的熔融特性温度。 SDAF2000d灰熔融性测试仪操作界面 三、NaCl对煤灰熔融特性的影响 煤中的碱金属Na元素含量的多少，一直被认为是锅炉受热面特别是对流受热面上沉积的重要影响因素之一，比如锅炉过热器，再热器上灰沉积物形成和增长都会受到煤中Na元素含量的多少的影响，一般情况是，Na元素会降低煤灰烧结温度， Na元素含量越多，煤灰烧结速率也会随之增大，大烧结强度和引起炉管腐蚀能力也会越强，也就是说，煤中的碱金属Na元素含量对锅炉的受热面有腐蚀的作用。且这种能力随着Na的增多面增强。实验过程中，在保持煤样中其余组分相对含量不变的情况下，仅仅增加煤样中的NaCl含量，将煤样中掺入的NaCl比例从0变化到8，进行灰熔点的测量。下表为掺入NaCl比例从0变化到8时灰样的熔融特性温度。下图即为不同含量的NaCl对煤炭坝煤煤灰灰熔点的影响曲线。可以看出，同样都是煤炭坝煤，随着掺入煤中的Na含量的增大，煤灰的化合物熔点变低，究其原因，是掺入NaCl在高温下易于与灰样中的其它氧化物发生化学反应，反应的生成低熔点的共熔体，且这种反应能力会随着Na的离子的变化布变化，Na的离子势能越低，降低煤灰的熔化温度也越大，，反以，煤中的NaCl会起到助熔剂的作用。从下图中可以清楚地看到，不同NaCl含量对煤灰的熔融特性的影响。随着NaCl的含量从2增加8，试样的灰熔点慢慢降低，NaCl从0增加8降幅最大可达89℃，煤样中每添加1的NaCl，可使变形温度平均下降11.125℃，软化温度平均下降8.75℃，半球温度平均下降8.25℃，流动温度平均下降7.875℃。这个结果符合氧化钠能降低煤灰灰熔点的结论。当煤样中NaCl含量大于4时，软化温度ST开始低于1300℃，锅炉有可能结渣。因此，当煤中的NaCl含量小于4时，锅炉结渣的可能性不大。 实验研究证明，通过在不同的升温速率条件下，NaCl的不同质量百分比时对SO2排放的体积分数的研究，得出随着NaCl质量百分比含量的增加,SO2的排放量迅速下降.在实验条件下,当温升速率比较低时,NaCl加入量的多少对SO2排放的影响极其明显.在高加热速率条件下,煤中NaCl的质量分数为1.6时,其抑制SO2排放的效果已经很明显.进一步加大NaCL的质量分数到3.2时,抑制SO2排放的效果增加。 四结论 煤中NaCl含量从增加0变化到8，随着含量的增加，煤灰灰样的灰熔点降低，且 NaCl含量越高，灰样熔点温度下也越多。当煤样中NaCl含量大于4时，软化温度开始低于1300℃，锅炉有可能结渣。 参考文献 1. 张军,汉春利,刘坤磊,徐益谦.煤中碱金属及其在燃烧中的行为.热能与动力工程,1999,3. 2. 毛军,徐明厚,李帆.碱性矿物质对煤灰熔融特性影响的研究.华中科技大学学报,2003,4. 3. 汉春利.钠在煤燃烧初期释放特性的多元相关分析.燃烧科学与技术,Vo.l 8 2002No.5. 4. 陈立军,文孝强,王恭,孙灵芳,杨善让.燃煤锅炉结渣特性预测方法综述.技术经济综述,2006,6.