摘 要 摘要 長(zhǎng)期以來(lái)，鍋爐受熱面沾污結(jié)渣問(wèn)題一直是困擾燃煤鍋爐且未能得到妥善解 決的難題之一，這極大的威脅著鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及設(shè)備的可靠性。其中， 煤灰的熔融和結(jié)渣特性是影響鍋爐正常運(yùn)行的主要原因。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者進(jìn)行了 大量的研究，通過(guò)煤種的改變、配煤的不同以及煤灰中加入各種礦物等手段來(lái)揭 示煤灰中成分對(duì)煤灰熔融和結(jié)渣特性的影響。由于我國(guó)煤炭種類繁多，煤中礦物 質(zhì)的成分和含量千變?nèi)f化，給煤的結(jié)渣機(jī)理研究帶來(lái)很多干擾因素，從中找出明 確的規(guī)律不是一件易事。 本文在煤灰成分中選取了s i 0 2 、a h 0 3 、f e 2 0 3 、c a o 、n a 2 0 等對(duì)沾污和結(jié) 渣影響較大的五種主要成分，采用s i 0 2 、a 1 2 0 3 、f e 2 0 3 、c a c 0 3 、n a 2 c 0 3 等化 學(xué)品進(jìn)行配比來(lái)模擬煤灰，排除雜質(zhì)的干擾。通過(guò)模擬灰樣的組分和含量以及加 熱氣氛、加熱溫度等因素的改變，用x r d 、s e m 等測(cè)試手段，結(jié)合渣樣的熔點(diǎn)、 抗剪切強(qiáng)度等加以分析，從另外一個(gè)角度探討煤灰中成分對(duì)的高溫結(jié)渣特性和內(nèi) 在機(jī)理。 關(guān)鍵詞：灰成分；剪切強(qiáng)度；熔點(diǎn)；爐內(nèi)氣氛：熔融；結(jié)渣 a b s l r a c t a b s t r a c t f o ral o n gt i m e ，c o a l f i r e db o i l e r s f o u l i n ga n ds l a g g i n gh a sb e e no n eo ft h e p r o b l e m st h a tp u z z l e db o i l e r sw h i c ha r en o ty e ts o l v e dp r o p e r l y , a n dt h i sp r o b l e m e n d a n g e r sb o i l e r ss e c u r i t y , e c o n o m i c a lo p e r a t i o na n de q u i p m e n tr e l i a b i l i t y a s h s m e l t i n ga n ds l a g g i n gc h a r a c t e r i s t i c sa r et h em a i nf a c t o r st h a td oh a r mt ot h ef u n c t i o n o fb o i l e r s ，w h i c hh a sb e e ns t u d i e di nm a n yd i f f e r e n tw a y sb ym a n yr e s e a r c h e r s ，s u c h a sc h a n g i n gt h ek i n do fc o a l s ，a d m i x t u r eo fd i f f e r e n tc o a l sa n d a f f i l i a t i n gm i n e r a l si n t h ea s ho fe o a l b e c a u s et h e r ea r es om a n yk i n d so fc o a li no u rc o u n t r ya n de v e r yo n e k i n do fc o a lc o n t a i n sag r e a td e a lo fm i n e r a l sw h i c hb r i n go u tm a n yi n t e r f e r e n c e s f a c t o r st ot h em e c h a n i s mo fs l a g g i n g ，r e s e a r c ho nt h i sf i e l di sn o tv e r y e a s y i nf a c t , s i l i c o nd i o x i d e ，a l u m i n u mo x i d e ，f e r r i co x i d e ，c a l c i u mo x i d ea n ds o d i u m o x i d ea r et h em a i nc o m p o n e n t so fc o a la s ht h a ti n f l u e n c eo nf o u l i n ga n ds l a g g i n g i n t h i sp a p e r , s l a g g i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n dm e c h a n i s ma r es t u d i e df r o ma n o t h e rp o i n to f v i e w , w i t hs i l i c o nd i o x i d e ，a l u m i n u mo x i d e ，f e r r i co x i d e ，c a l c i u mc a r b o n a t ea n d s o d i u mc a r b o n a t es u b s t i t u t e df o ra s hc o m p o s i t i o n st o g e tr i do fd i s t u r b a n c e c o m p o s i t i o n sa n dc o n t e n t so ff a c t i t i o u sa s h ，a m b i e n c ea n dt e m p e r a t u r ea r em a n u a l c o n t r o l l e d ；x r d ，s e mt e s tm e t h o d sa n ds h e a rr e s i s t a n c eo ft h es l a gs p e c i m e na r e e m p l o y e d k e yw o r d ：a s hc o m p o s i t i o n ；s h e a rr e s i s t a n c e ；m e l tp o i n t ；t h ea m b i e n c ei nt hf u m a c e ； f u s i o n ；s l a g g i n g 第一章緒論 1 1 課題研究背景 第一章緒論 我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)以火力發(fā)電為主，2 0 0 4 年底全國(guó)發(fā)電設(shè)備總裝機(jī)容量已達(dá) 4 4 億千瓦，其中火電裝機(jī)容量就超過(guò)了7 3 。我國(guó)動(dòng)力用煤多燃用低品位的劣 質(zhì)煤，鍋爐爐膛內(nèi)受熱面的沾污和結(jié)渣問(wèn)題一直長(zhǎng)期困擾著電力行業(yè)，爐膛受熱 面的沾污和結(jié)渣會(huì)降低鍋爐效率，影響鍋爐出力，使得設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性降低，而 且會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害，嚴(yán)重肘還會(huì)造成人身傷亡事故，乃至影響電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行。例如，1 9 9 3 年北侖港發(fā)電廠1 號(hào)機(jī)組鍋爐發(fā)生特大爐膛爆炸事故，傷1 6 人，重傷8 人，死亡2 3 人，機(jī)組停運(yùn)1 3 2 天，少發(fā)電近1 4 億度，直接經(jīng)濟(jì)損失 7 7 8 萬(wàn)元，因該爐事故造成的供電緊張，也使得一段時(shí)間內(nèi)寧波和杭州地區(qū)的工 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到了嚴(yán)重影響，闖接損失更為嚴(yán)重，這正是國(guó)內(nèi)因爐內(nèi)結(jié)渣而引起的 最為嚴(yán)重的事故之一。另外根據(jù)估計(jì)，僅美國(guó)每年因鍋爐受熱面沾污結(jié)渣而帶來(lái) 的各種經(jīng)濟(jì)損失總和就高達(dá)2 0 - - i 0 0 億美元【l j ，因此國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)此問(wèn)題極 為重視，并進(jìn)行了深入的研究，現(xiàn)己獲得了許多寶貴的成果。由于煤灰沾污結(jié)渣 是一個(gè)極其復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，涉及眾多學(xué)科，迄今為止對(duì)其形成機(jī)理還沒(méi)有 形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)：煤的礦物組成及特性存在很大差別，更增加了研究的難度。另 外，國(guó)內(nèi)主要因受分析方法和研究手段的限制，研究進(jìn)展與國(guó)外相比還存在一定 差距。因此加強(qiáng)沾污結(jié)渣機(jī)理的研究就顯得很有必要，這對(duì)于減輕或抑制煤灰沉 積，保障鍋爐的安全運(yùn)行，降低成本，節(jié)約能源，提高熱效率和經(jīng)濟(jì)效益，以及 保護(hù)環(huán)境都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 1 2 鍋爐沽污結(jié)渣的類型、危害及防治措施 結(jié)渣是在鍋爐內(nèi)煙氣側(cè)受熱面出現(xiàn)的嚴(yán)重影響鍋爐正常運(yùn)行的故障現(xiàn)象，主 要由煙氣中夾帶的熔化或部分熔化的顆粒碰撞在爐墻、水冷壁或管子上被冷卻凝 固而形成。結(jié)渣主要以粘稠或熔融的沉淀物形式出現(xiàn)在輻射受熱面上【lj ，如水冷 壁、水排管、防渣管、過(guò)熱器管排等。 沾污也稱沾灰或積灰，指的是溫度低于灰熔點(diǎn)的灰粒在受熱面上的沉積。沾 污可分為高溫灰沉積和低溫灰沉積兩種類型，前者的形成溫度處于灰粒的變形溫 度下的某一范圍內(nèi)，這類沉積多發(fā)生在屏式過(guò)熱器、對(duì)流過(guò)熱器等對(duì)流受熱面上； 后者則主要出現(xiàn)在溫度低于酸露點(diǎn)的管壁表面上，如低溫省煤器和空氣預(yù)熱器， 它是由酸液與飛灰凝聚而成。 第一章緒論 積灰、結(jié)渣過(guò)程非常復(fù)雜，它們往往不易分割，物理因素和化學(xué)因素交替相 互作用，因此其類型也是千變?nèi)f化，很難用同一模式加以判別，分類標(biāo)準(zhǔn)不一。 根據(jù)積灰強(qiáng)度可分為松散性積灰和粘結(jié)性積灰兩類，二者在生長(zhǎng)特性和機(jī)械強(qiáng)度 等方面都是存在很大差別的：按照主要?dú)饣镔|(zhì)和底層積灰特性的不同分為堿金 屬化合物型積灰、硅化物型積灰和鈣化物型積灰三種類型；按灰渣粘聚的緊密程 度由弱到強(qiáng)可將灰渣分為七種：( 1 ) 附著灰；( 2 ) 微粘聚渣：( 3 ) 弱粘聚渣； ( 4 ) 粘聚渣；( 5 ) 強(qiáng)粘聚渣；( 6 ) 粘熔渣；( 7 ) 融熔渣f 2 】o 這些灰渣的特性是 各不相同的。 沾污結(jié)渣的危害很大，輕則會(huì)弱化傳熱，導(dǎo)致鍋爐熱效率降低和n o x 排放 量增加等：重則會(huì)導(dǎo)致機(jī)組降負(fù)荷運(yùn)行或經(jīng)常性非計(jì)劃停爐，甚至發(fā)生其它更為 嚴(yán)重的惡性事故。具體而言，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面【3 】：1 ( 1 ) 降低爐內(nèi)受熱面的傳熱能力?；椅鄢练e在受熱面后，由于其導(dǎo)熱系數(shù) 很低，因此熱阻很大，相當(dāng)于在煙氣和受熱面之間增加了一絕熱層，一般污染數(shù) 小時(shí)后水冷壁的傳熱能力會(huì)降低3 0 - 4 0 。因沾污造成排煙溫度的升高會(huì)使鍋 爐效率降低1 2 ，嚴(yán)重影響其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。 ( 2 ) 由于爐膛出口煙溫升高，導(dǎo)致過(guò)熱器汽溫偏高，危害過(guò)熱器，長(zhǎng)期下 去有可能出現(xiàn)爆管事故。 ( 3 ) 引起高溫腐蝕。在高溫?zé)煔庾饔孟拢辰Y(jié)在水冷壁或高溫過(guò)熱器上的 灰渣會(huì)與管壁發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，形成高溫腐蝕，使管壁厚度由外向內(nèi)逐漸減 薄。如果燃煤含硫量大，或者設(shè)計(jì)、運(yùn)行不當(dāng)，腐蝕速度將更為加快，較短時(shí)間 就需更換水冷壁管。 ( 4 ) 在噴燃器出口處，可能會(huì)因結(jié)渣而影響煤粉氣流的正常噴射，甚至噴 口被焦渣堵塞。 ( 5 ) 由于傳熱阻力的增加，可能會(huì)使鍋爐無(wú)法維持滿負(fù)荷運(yùn)行，因此只得 增加投煤量，引起爐膛出口煙溫進(jìn)一步升高，使得灰渣更易粘附于受熱面上，從 而形成惡性循環(huán)，并誘發(fā)一系列惡性鍋爐事故，如過(guò)熱器、省煤器管束堵灰、爆 裂，空氣預(yù)熱器大量漏風(fēng)，出渣系統(tǒng)堵死等。 ( 6 ) 燃燒室上部大塊渣掉落時(shí)，會(huì)砸壞水冷壁管和冷灰斗，有可能使冷灰 斗出口發(fā)生堵塞，造成爐膛滅火、氫爆，甚至人身傷亡。 ( 7 ) 在傳熱減弱情況下，為維持鍋爐出力需消耗更多燃料，使引、送風(fēng)機(jī) 負(fù)荷增加，引起電耗增加。另外，由于通風(fēng)設(shè)備的容量有限，加之結(jié)渣時(shí)易發(fā)生 煙氣通道阻塞，可能會(huì)造成引風(fēng)量不足，燃燒不完全，一些可燃物被帶到對(duì)流受 熱面，在煙道角落堆積起來(lái)繼續(xù)燃燒，即發(fā)生所謂“煙道再燃燒”現(xiàn)象，其后果 極具破壞性。 第一章緒論 ( 8 ) 受熱面結(jié)渣一旦失去控制，就會(huì)對(duì)運(yùn)行和生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，此時(shí)被 迫降負(fù)荷運(yùn)行甚至停爐檢修，統(tǒng)計(jì)表明，由飛灰沉積造成的鍋爐非正常停爐達(dá) 1 0 以上。然而作為工業(yè)動(dòng)力，鍋爐長(zhǎng)期降負(fù)荷運(yùn)行或停爐所造成的經(jīng)濟(jì)損失是 相當(dāng)巨大的，- - 臺(tái)5 0 0 m w 機(jī)組每停運(yùn)一天所造成的損失就會(huì)超過(guò)1 0 萬(wàn)美元。 總之，爐膛的沾污結(jié)渣對(duì)鍋爐運(yùn)行的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性都有很大的影 響，并且隨著鍋爐容量的提高，以及劣質(zhì)煤種的大量使用，鍋爐沾污結(jié)渣的問(wèn)題 越來(lái)越突出，為了進(jìn)一步消除或減輕受熱面結(jié)渣，提高鍋爐可用率，節(jié)約能源， 加強(qiáng)受熱面沾污結(jié)渣的研究是非常必要和迫切的，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。 由于爐內(nèi)結(jié)渣是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，又是一個(gè)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。它涉及到 鍋爐原理、煤及灰渣化學(xué)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、多相流體力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)、燃燒理論 與技術(shù)以及材料科學(xué)等諸多學(xué)科。結(jié)渣除了與煤質(zhì)密切相關(guān)外，還受鍋爐結(jié)構(gòu)、 燃燒器形式及布置、爐內(nèi)溫度水平、氣氛及動(dòng)力工況等因素的影響，因此制定防 結(jié)渣措施就應(yīng)當(dāng)從這些方面著手 4 1 1 】。 ( 1 ) 控制稍高的爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)o 。一方面a 增加后使?fàn)t膛出口溫 度降低，可減輕過(guò)熱器和再熱器的積灰和結(jié)渣；另一方面隨著n 的增加，爐膛壁 面處的煙溫降低，爐膛內(nèi)的沉積速度降低，使?fàn)t膛內(nèi)的結(jié)渣趨勢(shì)減少。 ( 2 ) 保證空氣和燃料的良好混合，避免在水冷壁附近形成還原性和半還原 性氣氛，防止局部嚴(yán)重積灰、結(jié)渣。 ( 3 ) 對(duì)易結(jié)渣煤采用各種措施控制爐膛內(nèi)的溫度水平，高溫使受熱面結(jié)渣 呈指數(shù)規(guī)律上升。所以必須嚴(yán)格控制溫度水平，并保證爐膛溫度場(chǎng)比較均勻。 ( 4 ) 因?yàn)殡S鍋爐負(fù)荷的增加，爐內(nèi)溫度呈上升趨勢(shì)，所以不要使鍋爐過(guò)高 的超負(fù)荷。 ( 5 ) 組織合理的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)。在煤粉爐中，燃燒中心溫度高達(dá)1 4 0 0 1 6 0 0 c ，灰分在該溫度下，大多處于熔化軟化狀態(tài)，當(dāng)撞擊爐壁時(shí)，易粘結(jié)在爐 壁上形成渣塊，尤其是在有衛(wèi)燃帶的爐膛內(nèi)壁，表面溫度很高，又很粗糙，更容 易掛焦，成為結(jié)大焦的源地。因此必須保持燃燒中心溫度和火焰的均勻度，防止 出現(xiàn)局部高溫和氣流的飛邊或貼邊。 ( 6 ) 應(yīng)提高燃燒高溫區(qū)域的一次風(fēng)速以推遲煤粉著火，使該區(qū)域的火焰高 溫區(qū)域相應(yīng)推移，可避免燃燒高溫區(qū)域噴口附近結(jié)焦。 ( 7 ) 保證給粉機(jī)均勻下粉，如果給粉機(jī)下粉不均勻，會(huì)造成燃燒不穩(wěn)定， 產(chǎn)生局部高溫區(qū)，易結(jié)渣。 ( 8 ) 合理、科學(xué)配煤。對(duì)于易結(jié)渣煤種和高灰分煤，采用不同煤種搭配摻 燒是解決結(jié)渣的有效方法，但需要通過(guò)對(duì)混煤灰分組成的實(shí)驗(yàn)，確定合理的摻混 比例，才能達(dá)到防止結(jié)渣的目的。 第一章緒論 ( 9 ) 通過(guò)開(kāi)展?fàn)t內(nèi)結(jié)渣預(yù)報(bào)，合理控制吹灰。在鍋爐運(yùn)行中及時(shí)把初始沉積 物去除掉，可以明顯減輕結(jié)渣。吹灰周期要根據(jù)煤種的結(jié)渣特性及爐內(nèi)的結(jié)渣情 況合理控制，一方面要定期、全面，另一方面要減少不必要的蒸汽耗費(fèi)及對(duì)爐管 的侵蝕。 ( 1 0 ) 合理噴入添加劑。提高灰熔點(diǎn)的溫度、使熔灰加速?gòu)牟Ａ钕嘧兂山Y(jié) 晶相、阻止各種成分灰相互作用，在渣內(nèi)形成斷裂層，阻止自然碎裂脫落的作用。 1 3 目前研究現(xiàn)狀 由于爐膛內(nèi)沾污結(jié)渣嚴(yán)重威脅著鍋爐運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性及設(shè)備的可靠性 和可用率，在電力行業(yè)中具有普遍的危害性，因此國(guó)內(nèi)外眾多專家學(xué)者對(duì)其高度 重視，做了大量深入細(xì)致的研究工作。在沾污結(jié)渣的預(yù)測(cè)評(píng)判以及形成過(guò)程和內(nèi) 在機(jī)理以及等方面取得了寶貴的成果。 沾污結(jié)渣是一個(gè)多因素綜合作用的物理化學(xué)過(guò)程，和煤質(zhì)特性、爐膛結(jié)構(gòu)、 燃燒器布置、爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)、溫度水平和熱負(fù)荷以及運(yùn)行工況等都密切相關(guān)， 其中煤質(zhì)特性即煤灰中的礦物組分在爐膛環(huán)境下發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化是決 定鍋爐沾污結(jié)渣特性的內(nèi)因。煤灰是由各種礦物質(zhì)組成的混合物，在高溫下變化 過(guò)程較復(fù)雜，除各礦物組分熔融外，各組分之間還會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成新的礦物，且 各礦物間也會(huì)發(fā)生共熔現(xiàn)象，結(jié)渣特性在很大程度上依賴于煤中礦物質(zhì)在爐內(nèi)高 溫?zé)崃Νh(huán)境中的行為。 結(jié)渣多是由煤中含鐵礦物( 特別是黃鐵礦) 爐內(nèi)產(chǎn)物的選擇性沉積引起的， 黃鐵礦在結(jié)渣過(guò)程中起控制作用f 1 2 】，結(jié)渣表現(xiàn)為高鐵濃度特征，特剮是在許 多結(jié)渣的初始沉積物中都發(fā)現(xiàn)了鐵的富集現(xiàn)象；而沾污主要是由揮發(fā)性堿金屬及 其化合物的凝結(jié)形成的【l ”，鈉是形成沾污初始層的重要原因。研究表明，堿金 屬在形成沉積物過(guò)程中可能起著二個(gè)作用：一是助熔劑；二是增加了塑性過(guò)冷玻 璃體對(duì)管壁的附著能力【l5 1 。堿金屬中的n a 不僅本身易揮發(fā)，凝結(jié)于受熱面上形 成沾污層，而且還可與其它元素形成低熔點(diǎn)化合物或共晶體，凝結(jié)性n a 鹽和低 熔點(diǎn)硅酸鈉是沾污結(jié)渣的重要物質(zhì)。此外，還有學(xué)者通過(guò)對(duì)高鈣劣質(zhì)煤及混煤的 研究后發(fā)現(xiàn)，f e 和c a 對(duì)結(jié)渣的形成起協(xié)同作用機(jī)理的作用，當(dāng)f e 2 0 3 c a o 摩爾 比接近于l 時(shí)，混煤的結(jié)渣趨勢(shì)最耐1 6 j 。 傳統(tǒng)的沾污結(jié)渣評(píng)價(jià)方法主要包括灰熔點(diǎn)、灰粘度和灰成分指標(biāo)。多年來(lái)人 們一直認(rèn)為結(jié)渣主要和煤灰從固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合嗟娜廴谛?、流變特? 粘溫特性) 有關(guān)。主要的沾污結(jié)渣判別方法如下【1 6 q 9 j ： ( 1 ) 煤灰中f e 2 0 3 含量；( 2 ) 堿酸比；( 3 ) 鐵鈣比；( 4 ) 硅比：( 5 ) 硅鋁 比；( 6 ) 硫份結(jié)渣指數(shù)；( 7 ) 結(jié)渣溫度：( 8 ) 初始變形溫度；( 9 ) 軟化溫度； 第一章緒論 ( 1 0 ) 灰熔點(diǎn)結(jié)渣指數(shù)；( 11 ) 煤灰軟化溫度結(jié)合煤低位發(fā)熱量；( 1 2 ) 熔點(diǎn)溫差 法；( 1 3 ) 綜合結(jié)渣指數(shù)r ；( 1 4 ) 灰渣電阻突變溫度；( 1 5 ) 灰渣的粘度范圍； ( 1 6 ) 粘度型結(jié)渣指數(shù)；( 1 7 ) 粘溫特性面積；( 1 8 ) 煤粉燃燒形態(tài)觀察法： ( 1 9 ) 重力分離法( 重力篩分法) ；( 2 0 ) 渣型對(duì)比法：( 2 1 ) 磁力分析法； ( 2 2 ) 高溫物相平衡法；( 2 3 ) 煤灰燒結(jié)強(qiáng)度：( 2 4 ) 三元相圖判別法；( 2 5 ) 煤 灰燒結(jié)溫度：( 2 6 ) 模糊判別法；( 2 7 ) 灰沉積判別法；( 2 8 ) 灰沉積物的表觀物 理特性；( 2 9 ) 釉質(zhì)表面張力判別法等。 為了研究煤灰中成分對(duì)熔融和結(jié)渣特性的影響，眾多學(xué)者還采用了多種研究 手段如：研究煤灰中主要礦物質(zhì)成分在高溫下自身或相互間的物理化學(xué)變化；研 究反應(yīng)氣氛或加熱溫度改變后對(duì)熔融結(jié)渣特性的影響；通過(guò)在特定煤灰中加入一 種或多種礦物、變換多種煤種以及混煤配煤等方法改變煤灰中成分和含量來(lái)進(jìn)考 察其熔融和結(jié)渣特性的改變。 他們的研究成果，很大程度上促進(jìn)了煤質(zhì)特性在防止鍋爐結(jié)渣方面的應(yīng)用。 但由于煤灰中成分復(fù)雜，含量變化范圍很大，各成分和雜質(zhì)問(wèn)相互作用錯(cuò)綜復(fù)雜， 如果僅局限于一種或多種煤灰，那么結(jié)渣機(jī)理和結(jié)渣特性的研究將會(huì)受到多種因 素的干擾。 1 4 本文主要研究?jī)?nèi)容和意義 目前，眾多研究發(fā)現(xiàn)，煤中礦物質(zhì)主要有石英( s i 0 2 ) 、白云石 ( c a c 0 3 m g c 0 3 ) 、方解石( c a c 0 3 ) 、黃鐵礦( f e s 2 ) 以及如高嶺石 ( a 1 2 0 3 2 s i 0 2 2 h 2 0 ) 的粘土礦等。實(shí)驗(yàn)表明 3 0 】，煤中礦物成分在8 0 0 。c 左 右高溫灰化時(shí)主要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有： 白云石受熱分解：c a c o s m g c 0 3 一m g o + c a o + 2 c 0 2 ( i - 1 ) 方解石受熱分解：c a ( 3 0 3 一c a o + c 0 2 ( 1 - 2 ) 高嶺石失水轉(zhuǎn)變成為偏高嶺石： a 1 2 0 s 2 s i 0 2 2 h 2 0 a 1 2 0 3 2 s i 0 2 + 2 h 2 0 ( 1 - 3 ) 等反應(yīng)，而礦物間的反應(yīng)幾乎沒(méi)有，當(dāng)溫度高于9 0 0 后偏高嶺石還會(huì)分解為無(wú) 定形的a 1 2 0 3 和s i 0 2 f 3 l 】。同時(shí)，眾多結(jié)渣機(jī)理試驗(yàn)所用的高溫灰化煤灰中，f e 元素以f e 2 0 3 形式存在，轉(zhuǎn)化過(guò)程為：黃鐵礦( f e s 2 ) 一磁黃鐵礦( f e 卜。s ，其 中x = o o 2 ) 一磁鐵礦( f e 3 0 4 ) 一赤鐵礦( f e 2 0 3 ) 1 3 2 j 。由于研究目的是得到 煤中礦物質(zhì)在高溫下( 大于1 0 0 0 ) 的熔融和結(jié)渣特性，因此眾多結(jié)渣機(jī)理研 究用到的多是在此高溫之前8 0 0 左右灰化的煤灰。 我們所用的高溫灰化煤灰，其組分大多都是呈氧化態(tài)存在。眾多學(xué)者的研究 手段也多采用在煤灰中加入對(duì)應(yīng)的礦物或氧化物來(lái)改變煤灰的組分m 3 2 3 5 4 6 瑚 第一章緒論 ”j 并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研究。麗不同煤種的煤灰中礦物質(zhì)組成和含量干變?nèi)f化，在 高溫下變化過(guò)程紛繁復(fù)雜，研究工作還經(jīng)常受到其它雜質(zhì)的干擾。因此，我們把 這里作為切入點(diǎn)，用氧化物替代煤灰成分組成模擬灰樣在高溫下加熱，進(jìn)行熔融 和結(jié)渣特性及機(jī)理的研究嘗試。 一般來(lái)說(shuō)，煤灰中的化學(xué)成分主要有s i 0 2 、a 1 2 0 ”f e 2 0 ”c a o 、n a 2 0 、 k 2 0 、m g o 、t i 0 2 等。其中，影響煤灰結(jié)渣特性最主要的化學(xué)成分是s i 0 2 、a 1 2 0 3 、 f e 2 0 3 、c a o 、n a 2 0 等，因此我們選擇s i 0 2 、a 1 2 0 3 、f e 2 0 3 、c a c 0 3 、n a 2 c 0 3 等 來(lái)替代煤灰中相應(yīng)的化學(xué)成分組成模擬灰樣。c a c 0 3 、n a 2 c 0 3 平時(shí)性質(zhì)穩(wěn)定， 在加熱后極易自身分解或與其它物質(zhì)反應(yīng)釋放出c 0 2 ，故用來(lái)代替c a o 和n a 2 0 。 由于模擬灰樣的成分、含量均可人為控制，這樣就可以排除雜質(zhì)的干擾。通 過(guò)改變模擬灰的成分、含量、加熱溫度、加熱氣氛等因素，研究模擬灰的熔點(diǎn)、 生成物相等特性的變化，找出熔融和結(jié)渣的規(guī)律。此外，煤灰在受熱面上形成沾 污后會(huì)被高溫?zé)Y(jié)，形成有較高機(jī)械強(qiáng)度的密實(shí)積灰層，溫度越高，燒結(jié)時(shí)間越 長(zhǎng)，灰渣的強(qiáng)度就越高，通過(guò)吹灰等手段也越難清除。我們?cè)诓煌臈l件下加熱 模擬灰樣，通過(guò)其渣樣抗剪切強(qiáng)度的變化來(lái)找出結(jié)渣難易的規(guī)律。通過(guò)以上各種 手段綜合研究結(jié)渣的內(nèi)在機(jī)理，從而達(dá)到預(yù)測(cè)煤粉結(jié)渣性能的目的，最終對(duì)結(jié)渣 的預(yù)防和清除提出行之有效的方法。 第二章煤中礦物質(zhì)及其結(jié)渣特性研究 第二章煤中礦物質(zhì)及其結(jié)渣特性研究 2 1 煤中礦物質(zhì) 煤作為一種固體化石燃料，由植物殘骸經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)地質(zhì)年代演變而成，是由有 機(jī)物( 高分子化合物) 和無(wú)機(jī)礦物質(zhì)組成的復(fù)雜混合物。煤的形成經(jīng)歷了兩個(gè)主 要階段：第階段是泥炭化階段，即植物死亡后在地表沼澤、湖泊條件下遭受 生物化學(xué)作用而形成泥炭的過(guò)程；第二階段是成煤階段，即泥炭逐漸變成褐煤， 褐煤再轉(zhuǎn)變成煙煤和無(wú)煙煤的過(guò)程。在上述兩個(gè)階段中都不斷有無(wú)機(jī)礦物雜質(zhì)和 微量元素進(jìn)入泥炭和煤層。 2 1 1 礦物質(zhì)的分類 煤中礦物質(zhì)是指存在于煤中的所有無(wú)機(jī)非煤物質(zhì)和那些存在于煤有機(jī)化合 物中的無(wú)機(jī)元素。礦物質(zhì)的分類方法很多，通常按來(lái)源，煤中無(wú)機(jī)礦物可分為3 類：原生礦物、次生礦物( 包括同生礦物和后生礦物) 和外來(lái)礦物。原生礦物主 要來(lái)源于形成煤的植物生長(zhǎng)過(guò)程，基本上以分子狀態(tài)均勻分布于煤中；次生礦物 是指在成煤過(guò)程第一階段形成的有機(jī)質(zhì)與無(wú)機(jī)質(zhì)的混合物和礦物質(zhì)，包括在泥炭 沼澤中由物理化學(xué)反應(yīng)從溶液中沉淀出的礦物質(zhì)，以及由水和風(fēng)帶到泥炭沼澤中 的礦物質(zhì)，所以又統(tǒng)稱為同生作用形成的礦物質(zhì)；另種次生礦物是指在成煤過(guò) 程的第二階段，當(dāng)煤固化之后，由地下水溶液帶到裂隙、劈理或空洞中所沉積的 礦物質(zhì)，或者由原生礦物轉(zhuǎn)變而來(lái)的礦物雜質(zhì)，統(tǒng)稱為后生作用形成的礦物雜質(zhì)。 而外來(lái)礦物一般是在采煤過(guò)程中混入的頂?shù)装鍘r石或夾矸。外來(lái)礦物在煤中以聚 生體和單一礦物粒子存在。聚生體包括礦物聚生體和煤與礦物質(zhì)聚生體兩種。近 年來(lái)，國(guó)外運(yùn)用先進(jìn)設(shè)備如計(jì)算機(jī)控制掃描電子顯微鏡( c c s e m ) ，從與煤中炭 晶格結(jié)合關(guān)系的角度，將煤中礦物分為內(nèi)在礦物和外在礦物。內(nèi)在礦物是指包裹 于炭晶格內(nèi)的離散礦物粒子，而外在礦物則是指煤中與炭晶格幾乎沒(méi)有或很少有 聯(lián)系的礦物粒子。 2 1 2 研究礦物的手段。3 1 礦物學(xué)分析方法，最早是在光學(xué)顯微鏡下用巖石薄片法來(lái)鑒定煤中不同的礦 物種類。近年來(lái)，掃描電鏡法的應(yīng)用擴(kuò)大了對(duì)煤中亞微礦物的鑒定范圍。國(guó)外用 電子探針配合掃描電鏡成功地研究了礦物雜質(zhì)在不同煤層中的分布，用備有x 一 第二章煤中礦物質(zhì)及其結(jié)渣特性研究 射線能散分析的電子顯微鏡來(lái)鑒定煤中不同礦物雜質(zhì)種類，以及用掃描電鏡研究 塊煤和煤粉光片中礦物雜質(zhì)顆粒的分布，都取得了成功。此外，x 射線衍射分析 法、差熱分析法( d t a ) 、熱重分析法( t g a ) 以及微分熱重分析法( d t g a ) 等均已廣泛用于煤中礦物質(zhì)的研究，因而對(duì)煤中礦物質(zhì)的研究得到了深入和加 強(qiáng)，從而有利于認(rèn)識(shí)和了解沾污結(jié)渣機(jī)理。 煤中某些如粘土類的礦物質(zhì)，常呈細(xì)分散狀廣泛分布于煤的基質(zhì)中，且有時(shí) 顆粒很細(xì)，很難從煤中直接分離，加上煤中有機(jī)質(zhì)的干擾，常給煤中礦物雜質(zhì)的 直接研究帶來(lái)了很大的困難。 通常用高溫灼燒法除去煤中有機(jī)質(zhì)，以排除其對(duì)礦相分析的干擾。然而當(dāng)煤 在馬弗爐中燃燒時(shí)，某些礦物雜質(zhì)含有結(jié)合水，多發(fā)生脫水、崩解而轉(zhuǎn)化為氧化 物；另一些礦物雜質(zhì)則可能產(chǎn)生揮發(fā)性氣體，如在氧氣充足的條件下燃燒時(shí)，黃 鐵礦中硫會(huì)變?yōu)槎趸蛞莩?。少量二氧化硫和鈣結(jié)合成硫酸鈣，鐵則轉(zhuǎn)變?yōu)?f e 2 0 ，存在于灰內(nèi)。此外，煤有機(jī)組分中的一些無(wú)機(jī)元素( 如硅、鈣) 亦會(huì)變?yōu)?氧化物轉(zhuǎn)入煤灰中，如方解石在高溫灰化時(shí)分解為氧化鈣和二氧化碳，為了使煤 中礦物雜質(zhì)的受熱變化減至最小限度，6 0 年代以來(lái)，出現(xiàn)了不超過(guò)1 5 0 的低溫 氧等離子體灰化技術(shù)，解決了這個(gè)難題，由于灰化溫度低，分離出來(lái)的礦物質(zhì)基 本保持原型，為直接和準(zhǔn)確研究煤中礦物質(zhì)提供了新手段。 低溫氧等離子體灰化的原理是【3 4 】，低壓氧氣在高頻電場(chǎng)作用下，放電產(chǎn)生 具有強(qiáng)氧化性的氧等離子體，等離子體具有很強(qiáng)的化合能力，能在較低的溫度下 氧化分解煤中的有機(jī)物，同時(shí)基本保留了煤中礦物質(zhì)的原始狀態(tài)。低溫灰化的剩 余物就是由礦物質(zhì)組成的低溫灰。 經(jīng)低溫氧化后的煤中礦物除了石膏變?yōu)闊? 失去一個(gè)水分子) 之外，其它 礦物如高嶺石、蒙脫石、黃鐵礦、菱鐵礦等變化很小或根本不變化，而且干擾礦 物質(zhì)衍射峰的煤中有機(jī)質(zhì)x 一射線衍射效應(yīng)被排除了。 2 1 3 礦物質(zhì)的組成 煤中現(xiàn)已辨明的礦物質(zhì)已超過(guò)1 2 5 種，其中至少有1 0 0 種為次要礦物或痕量 礦物。煤中最主要的礦物是粘土礦物、硫化物、硫酸鹽、碳酸鹽及石英口5 、拍j 。 ( 1 ) 粘土礦物是煤中最主要的礦物質(zhì)，其平均含量約占與煤共生的礦物質(zhì) 總量的6 0 - 8 0 ，常見(jiàn)的有高嶺石、伊利石和蒙脫石。高嶺石是煤中最主要的 粘土礦物，明顯高于其它粘土礦物。與高嶺石相似，伊利石也出現(xiàn)在大部分煤中。 煤灰成分中的k 2 0 主要來(lái)自伊利石。該礦物結(jié)晶度般較差。蒙脫石在研究煤 樣中很少出現(xiàn)。 第二章煤中礦物質(zhì)及其結(jié)渣特性研究 ( 2 ) 氧化物和氫氧化物 氧化物中最常見(jiàn)的為石英，其分布很廣，但含量一般不超過(guò)3 0 ，石英主要 是長(zhǎng)石和云母風(fēng)化的結(jié)果，而其他的氧化物和氫氧化物，諸如赤鐵礦、褐鐵礦、 針狀鐵礦和云母狀針鐵礦都含量很少。 ( 3 ) 碳酸鹽礦物 碳酸鹽礦物在煤化作用的第一階段和第二階段都可形成。作為同生類型出現(xiàn) 的主要是菱鐵礦和白云石，方解石和鐵白云石在煤化作用的第二階段更為常見(jiàn)， 并沉積在裂隙中。方解石是煤中最常見(jiàn)的碳酸鹽礦物，它有時(shí)可作為煤中礦物質(zhì) 的主要組成部分。白云石c a c 0 3 m g c 0 3 、鐵白云石c a c 0 3 f e c 0 3 m g c 0 3 和菱鐵礦f e c 0 3 常與方解石共生。 ( 4 ) 硫化物和硫酸鹽礦物 煤中最常出現(xiàn)的硫化物是黃鐵礦、白鐵礦和膠黃鐵礦；大多數(shù)煤層還含有少 量的閃鋅礦、方鉛礦和黃銅礦。 石膏是煤中常見(jiàn)的硫酸鹽礦物。主要存在于富含方解石的煤樣中。煤中黃鐵 礦氧化后形成硫酸并與方解石反應(yīng)也是形成石膏的一種機(jī)理。石膏含量一般較 小，常作為次生充填礦物充填在煤的裂隙之中。 ( 5 ) 其它類 主要有磷酸鹽( 鱗灰石) 、重礦物( 皓石常見(jiàn)，金紅石、電氣石、石榴石和 黑云母罕見(jiàn)) 和鹽類礦物。 表2 1 為煤中常見(jiàn)的與沾污結(jié)渣有關(guān)的主要的礦物質(zhì)。 對(duì)從煤中分離出來(lái)的礦物質(zhì)的研究，x 射線衍射法是鑒定其物相常用和有效 的方法。研究證明煤中礦物質(zhì)組成各異，各礦物相含量變化也很大，對(duì)它們的定 量研究就顯得十分必要。 標(biāo)準(zhǔn)礦物成分分析法是簡(jiǎn)單而又常用的礦物相定量法，各礦物含量是根據(jù)x 射線衍射定性測(cè)定及煤灰成分分析結(jié)果進(jìn)一步計(jì)算得到的，是在煤灰礦物相組成 己知的情況下，將無(wú)機(jī)元素按礦物分子式分配給各礦物相的過(guò)程。利用該法，計(jì) 算了各煤樣中不同礦物在總礦物質(zhì)中的含量( 見(jiàn)表2 2 ) ?？梢钥闯觯煌褐械V 物相組成和含量差別很大。 9 第二章煤中礦物質(zhì)及其結(jié)渣特性研究 表2 1煤中與沾污結(jié)渣有關(guān)的主要礦物質(zhì)1 礦物種類化學(xué)分子式 密度熔點(diǎn) ( k g m 3 ) k 石英 s i 0 2 2 6 5 01 9 8 3 高嶺石 a 1 2 0 3 2 s i 0 2 2 h 2 0 2 0 8 3 伊利石 2 k 2 0 3 ( c a ，m g ，f e ) o 8 a 1 2 0 3 2 4 s 1 0 2 1 2 h 2 0 石英及 正長(zhǎng)石 k 2 0 a 1 2 0 3 6 s i 0 2 2 5 0 0 硅酸鹽 鈉長(zhǎng)石 n a 2 0 a 1 2 0 ) 6 s i 0 2 鈣長(zhǎng)石c a o a 1 2 0 3 2 s i 0 2 1 8 2 6 藍(lán)晶石a 1 2 0 3 s i 0 2 2 5 7 0 透長(zhǎng)石 a 1 2 0 3 f o o 2 s i 0 2 h 2 0 金紅石t i 0 2 4 2 0 0 2 1 0 0 氧化物 磁鐵礦f e 3 0 4 5 1 4 01 8 6 5 和氨氧 化物 赤鐵礦f e 2 0 ， 5 2 0 01 8 4 0 褐鐵礦 f e 2 0 3 h 2 0 4 3 0 0 方解石 c a c o a 2 7 1 01 2 0 0 + 霰石c a c o j 2 7 1 0l t 5 0 + 碳酸鹽自云石c a c 0 3 m g c 0 3 2 8 5 01 0 5 0 + 鐵白云石c a c 0 3 f e c 0 3 m g c 0 3 1 0 0 0 + 菱鐵礦f e c 0 3 3 8 3 08 0 0 黃鐵礦f e s 2 5 0 0 0 1 0 7 5 硫化物白鐵礦f e s 2 4 8 7 01 0 7 5 磁黃鐵礦fes。4600 1 3 0 0 磷灰石c a 5 f ( p 0 4 ) 3 3 1 0 0 1 5 0 0 磷酸鹽 核磷鋁石3 a 1 2 0 3 p 2 0 5 1 8 h 2 0 2 3 2 01 7 2 5 石膏c a s 0 4 2 h 2 0 2 3 2 0 1 7 2 5 無(wú)水芒硝n a 2 s 0 4 2 6 8 01 1 5 7 硫酸鹽 芒硝n a 2 s 0 4 1 0 h 2 0 1 4 6 0 11 5 7 水綠礬f e s 0 4 7 h 2 0 1 9 0 0 7 5 5 * 巖鹽n a c l 2 1 7 01 0 7 4 氯化物 鉀鹽 k c i1 9 8 01 0 4 3 注：表示分解溫度 1 0 第二章煤中礦物質(zhì)及其結(jié)渣特性研究 表2 - 2 煤中礦物質(zhì)所含各礦物相的含量【3 6 】 n 0 煤樣礦物質(zhì)及含量 內(nèi)蒙石英( 5 9 7 5 ) 、高嶺石( 2 6 1 3 ) 、石鹽( 6 4 9 ) 、 l 扎賚爾方解石( 4 3 0 ) 、石膏( 3 2 6 ) 菱鐵礦( 3 1 4 9 ) 、高嶺石( 2 7 1 0 ) 、石英( 2 0 9 1 ) 、 2 遼寧阜新 蒙脫石( 1 3 7 1 ) 、黃鐵礦( 6 7 7 ) 方解石( 4 3 6 9 ) 、白云石( 1 6 1 3 ) 、高嶺石( 1 1 2 0 ) 、 3 陜西銅川 石膏( 1 0 1 0 ) 、黃鐵礦( 1 0 5 9 ) 、石英( 8 2 7 ) 高嶺石( 2 6 7 2 ) 、石英( 2 4 9 1 ) 、方解石( 2 2 5 3 ) 、 4 內(nèi)蒙東勝 伊利石( 1 3 1 5 ) 、黃鐵礦( 7 2 8 ) 、菱鐵礦( 3 5 6 ) 、鉀鹽( i 8 5 ) 北京地開(kāi)石( 3 9 3 8 ) 、伊利石( 2 1 9 4 ) 、方解石( i i 4 9 ) 、 5 門頭溝石英( 9 4 7 ) 、蒙脫石( 6 7 8 ) 、赤鐵礦( 8 2 8 ) 、黃鐵礦( 2 6 7 ) 高嶺石( 4 1 0 2 ) 、石英( 2 5 7 2 ) 、方解石( 1 6 5 9 ) 、 6 山西大同 鐵白云石( 7 3 9 ) 、石膏( 4 6 9 ) 、黃鐵礦( 4 5 9 ) 高嶺石( 31 2 1 ) 、伊利石( 2 9 2 7 ) 、石英( 2 1 7 9 ) 、 7 江西萍鄉(xiāng) 黃鐵礦( 1 0 8 7 ) 、白云石( 6 8 6 ) 8 湖南郴州 地開(kāi)石( 5 1 0 5 ) 、石英( 1 8 5 5 ) 、針鐵礦( 1 0 ，2 3 ) 、 伊利石( 8 4 5 ) 、蒙脫石( 7 5 6 ) 、黃鐵礦( 4 1 6 ) 高嶺石( 4 5 2 4 ) 、伊利石( 1 6 6 6 ) 、石英( 1 7 7 8 ) 、 9 江西樂(lè)平 黃鐵礦( 2 0 3 2 ) 1 0 淮北石臺(tái)高嶺石( 5 8 1 5 ) 、伊一蒙不規(guī)則混層( 1 1 1 7 ) 、石英( 3 0 6 8 ) 高嶺石( 9 2 6 5 ) 、金紅石( 3 2 7 ) 、方解石( 2 7 0 ) 、 1 l 兗州南屯 黃鐵礦 1 3 9 ) 徐州高嶺石( 5 1 0 5 ) 、方解石( 1 9 3 2 ) 、伊利石( 1 2 7 3 ) 、 1 2 三河尖石英( 9 1 9 n ) 、黃鐵礦( 6 5 8 ) 高嶺石( 7 5 6 8 ) 、方解石( 1 0 0 0 ) 、石英( 9 1 2 ) 、 1 3 徐州龐莊 鐵自云石( 5 2 0 ) 高嶺石( 5 1 1 1 ) 、伊一蒙不規(guī)則混層( 1 0 ，3 2 ) 、石英( 1 8 9 8 ) 、 1 4 河南新密 方解石( 1 1 6 3 n ) 、水鐵礬( 7 ，9 7 ) 高嶺石( 6 9 4 8 ) 、伊利石( 1 6 1 6 n ) 、石英( 9 8 7 ) 、 1 5 山西陽(yáng)泉 黃鐵礦( 4 4 9 ) 棗莊黃鐵礦( 4 9 2 7 ) 、高嶺石( 3 1 1 1 ) 、石英( 1 1 5 5 ) 、 1 6 1 4 層白云石( 8 0 6 ) 棗莊 方解石( 3 5 0 7 ) 、鐵白云石( 3 5 0 4 ) 、高嶺石( 1 0 5 0 ) 、 1 7 1 6 層石英( 6 5 4 ) 、黃鐵礦( 7 2 8 ) 、石膏( 5 5 7 ) 1 8山西朔縣高嶺石( 6 9 6 8 ) 、方解石( 2 0 1 3 ) 、菱鐵礦( 1 0 1 9 ) 第二章煤中礦物質(zhì)及其結(jié)渣特性研究 2 2 煤中礦物質(zhì)在加熱過(guò)程中的物相變化 在煤粉火焰中，各種礦物雜質(zhì)顆粒將發(fā)生一系列的物理、化學(xué)變化，如碎裂、 擴(kuò)散、碰撞、聚集、化合和分解等，因此煙氣中所攜帶的不是煤中原始礦物雜質(zhì) 本身，而是其經(jīng)歷高溫后的產(chǎn)物。研究礦物質(zhì)在加熱過(guò)程中的物理化學(xué)變化顯得 尤為重要。 2 2 1s i 0 。和硅酸鹽的變化 石英在平緩加熱至火焰溫度的過(guò)程中，多次發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，有時(shí)加熱速度快 時(shí)僅發(fā)生一次。1 3 石英加熱至5 7 3 時(shí)和a 一石英發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，繼續(xù)加熱到 8 7 0 時(shí)變?yōu)閝 一鱗石英，至1 4 7 0 時(shí)變?yōu)榉绞?，?dāng)加熱到1 7 2 8 時(shí)變?yōu)橐簯B(tài)。 商嶺石( a 1 2 0 3 2 s i 0 2 2 h 2 0 ) 在5 0 0 左右開(kāi)始脫水而成偏高嶺石 ( a 1 2 0 3 2 s 1 0 2 ) ，即a 1 2 0 3 2 s i 0 2 - 2 i - 1 2 0 a 1 2 0 3 2 s 1 0 2 + 2 h 2 0 ，這種偏高 嶺石直到9 0 0 ( 2 還能繼續(xù)存在。通常當(dāng)溫度在9 0 0 - - 1 0 0 0 ( 2 時(shí)偏高嶺石會(huì)分解為 無(wú)定形的a 1 2 。3 和s i 0 2 ，當(dāng)溫度高于1 0 0 0 c 以后，這種形式的a 1 2 0 3 和s i 0 2 將形 成一種新的礦物質(zhì)莫來(lái)石( 3 a 1 2 0 3 2 s i 0 2 ) ，化學(xué)反應(yīng)式為： 3 a 1 2 0 3 + 2 s i 0 2 3 a 1 2 0 3 2 s i 0 2 ( 2 1 ) 隨著溫度的升高，生成莫來(lái)石的反應(yīng)進(jìn)一步充分進(jìn)行，到達(dá)1 3 0 0 c 左右莫 來(lái)石的形成基本完成，在這以后只要灰樣不發(fā)生融化，所生成的莫來(lái)石還是穩(wěn)定 存在的。由于莫來(lái)石熔點(diǎn)高達(dá)1 8 1 0 u ，故莫來(lái)石含量越高，煤灰越難熔融p ”。 煤中長(zhǎng)石類礦物主要是鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石，當(dāng)溫度高于5 0 0 ( 2 時(shí)一部分無(wú)定 形的a 1 2 0 3 和s i 0 2 會(huì)與少量c a 、m g 、k 、n a 等形成新的長(zhǎng)石類礦物質(zhì)、如鈣長(zhǎng) 石c a o - a 1 2 0 j 2 s i 0 2 、黃長(zhǎng)石2 c a o a h 0 3 s i 0 2 、鉀鈉長(zhǎng)石( k n a ) a l s i 3 0 8 等，但它們均不穩(wěn)定，相互之間會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換，溫度高于1 3 0 0 c 時(shí)，則全部熔融 和消失。 伊利石在在7 3 0 。c 時(shí)晶格遭破壞，分別形成復(fù)雜晶體、多晶體或尖晶石，這 些晶體在7 8 5 c 即形成玻璃態(tài)，并能在9 5 0 * ( 2 時(shí)與鐵橄欖石作用而成液態(tài)，從而 促進(jìn)灰的沉積。 2 22 含鐵礦物質(zhì)的變化m 1 煤中含鐵礦物的主要是以黃鐵礦的形式存在，因此，研究煤粉火焰中黃鐵礦 的反應(yīng)過(guò)程十分重要。 硫鐵礦在煤粉中可能會(huì)以兩種形態(tài)出現(xiàn)：一種是單純硫鐵礦顆粒，稱為外部 第二章煤中礦物質(zhì)及其結(jié)渣特性研究 硫鐵礦；另一種是與煤母體或其它礦物質(zhì)共存于同一顆粒中，稱內(nèi)部硫鐵礦。兩 種形態(tài)硫鐵礦在煤粉燃燒過(guò)程中的行為是有差異的。 對(duì)于硫鐵礦，在煤粉火焰中7 7 0 9 7 0 k 首先分解成磁黃鐵礦( f e i - x s ，其中 x = 0 - - 0 2 ) ，隨后磁黃鐵礦升溫氧化，生成f e 3 0 4 ，在1 3 5 0 1 4 7 3 k 最后生成f e s o 熔體：對(duì)于外部硫鐵礦顆粒，熔體繼續(xù)氧化，直到完全氧化生成f e 3 0 4 ，并可能 進(jìn)一步氧化成f e 2 0 3 ；而對(duì)于內(nèi)部硫鐵礦，熔體可能繼續(xù)氧化，也可能與同顆粒 中的硅酸鹽礦物共熔成玻璃體，而不繼續(xù)氧化，這兩者是兩個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程， 它們所起的作用取決于氣氛和溫度等條件。 蚪0 t t r 豆盎廚基 內(nèi)簟蕞r 廈應(yīng)歷曩 t 冀t r i ) 弓o i 。_ _ _ 。_ 一 ( f e 2 0 3 + c a o + n a 2 0 ) 褐煤型灰：s i 0 2 1 3 9 01 3 9 0 1 2 6 0 7 8 8 7 8 8 6 6 1 6 6 1 6 7 s i 0 2 + f e 2 0 ，十c a o + m g o 硅鍋 比 s i 0 2 a 1 2 0 3 2 6 56 l 0 6 2 0 中等 凡 ( 口，一) 置d 2 66 0 2 0 2 6 中偏重 1 2 3 7 b + 0 2 8 2 璺墮一0 0 0 2 3 t 2 1 5 1 7 5 只a a i ，n 1 51 7 5 2 2 5 2 5 9 0 一0 0 1 8 9 g + 5 4 1 52 2 5 2 5 1 2 3 7 b + 0 2 8 2 塑墜一0 0 0 2 3 t 2 1 5 1 7 5 。， aa i ，d ， 1 51 7 5 2 2 52 59 7 7 8 一0 0 1 8 9 g ?！? 5 4 1 52 2 5 2 5 表2 _ 4 常用沾污評(píng)判指標(biāo)及其分級(jí)界限 2 1 第二章煤中礦物質(zhì)及其結(jié)渣特性研究 2 5 2 非常規(guī)評(píng)判方法 近年來(lái)又推出了一些新的沾污結(jié)渣判別指標(biāo)，西安熱工研究所龔德生等提出 的灰渣電阻突變溫度判別法h 4 】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)的陳力哲、艾靜等1 4 5 l 提出的磁 力分析法；哈爾濱電站設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所提出的熱顯微鏡觀察法【1 8 4 7 1 ；華中 理工大學(xué)周英彪、王伯春等對(duì)灰炱進(jìn)行了采用分析，考慮把燃燒單位質(zhì)量的煤所 產(chǎn)生的氣相物中的f e 的含量( 以f e 2 0 3 的形式表示) 作為新的結(jié)渣指標(biāo)，而把 燃燒單位質(zhì)量的煤所產(chǎn)生的氣相物中n a 和k 的含量( 以n a 2 0 或n a 2 s o ，的形 式皆可) 作為新的沾污指標(biāo)【4 8 】。 2 5 3 模糊數(shù)學(xué)在結(jié)渣評(píng)判中的應(yīng)用 據(jù)美國(guó)電氣研究協(xié)會(huì)( e p r i ) 的調(diào)研結(jié)果表明【2 5 】，沒(méi)有