張勇 喬欣 朱容君 梁琳

摘要：本文向黃陵煤、神木河畔煤、神木海灣煤和山西煤中加入相對(duì)應(yīng)煤的焦，可以改變煤的灰熔融溫度。焦是煉焦煤料在焦?fàn)t內(nèi)的高溫作用下，經(jīng)過(guò)熱解、縮聚、固化、收縮等一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程而形成焦炭。隨著煤炭加工深度和廣度的快速發(fā)展，研究煤的灰熔融性高低尤為重要。所以，改變煤的灰熔融溫度具有很重要的意義。實(shí)驗(yàn)用JFHR-3型微機(jī)灰熔點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)定其在弱還原性氣氛下的熔融溫度并用X射線(xiàn)衍射（XRD）分析加入不同量焦煤的礦物質(zhì)組成變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，焦可以有效的改善煤灰熔融特性。

關(guān)鍵詞：灰中;焦對(duì);煤灰;影響

一、我國(guó)煤炭資源概況

我國(guó)煤炭資源豐富，煤炭?jī)?chǔ)量占全世界的13%，煤炭產(chǎn)量占全世界的37%，消費(fèi)量占全世界的32% 。煤中礦物質(zhì)是煤的重要組成部分，在煤炭加工利用中起著不可忽視的作用，煤在燃燒時(shí)，礦物質(zhì)轉(zhuǎn)變成灰分。我國(guó)煤炭綜合利用技術(shù)落后，煤炭的利用率低下。

二、我國(guó)煤炭用途和煤炭使用工藝

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，近幾年來(lái)，煤炭用途和煤炭使用工藝發(fā)生了較大的變化。在冶金焦化行業(yè)，適應(yīng)中國(guó)煤炭種類(lèi)儲(chǔ)量的要求，傳統(tǒng)的頂裝煤煉焦工藝受到?jīng)_擊，搗固煉焦工藝得到推廣與發(fā)展;在電力行業(yè)，新建或改建的發(fā)電廠(chǎng)紛紛采用煤種適應(yīng)性強(qiáng)的循環(huán)流化床鍋爐燃燒工藝，煤粉噴吹燃燒工藝不再是電廠(chǎng)鍋爐的首選;在化工行業(yè)，煤化工產(chǎn)業(yè)方興未艾，煤制甲醇，二甲醚，煤制油等，成為社會(huì)投資的熱點(diǎn)，大量的煤化工項(xiàng)目相繼立項(xiàng)，建設(shè)，投產(chǎn)，為煤炭的轉(zhuǎn)化利用增添了一道靚麗的風(fēng)景線(xiàn)。煤氣化過(guò)程中，排渣方式是由煤灰熔點(diǎn)和煤結(jié)渣性決定的，煤燃燒時(shí)的結(jié)渣特性，以及氣化時(shí)的排渣方式，可以用煤灰熔點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)[5]。煤氣化時(shí)的氣化爐，一般采用氣流床，它采用液態(tài)排渣，對(duì)煤種有著嚴(yán)格的要求，否則，會(huì)引起爐膛結(jié)渣。因此，深入研究煤灰熔融性和煤炭結(jié)渣性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

三、煤灰的介紹

煤灰是一種極為復(fù)雜的無(wú)機(jī)混合物，通常都以氧化物的形式來(lái)表示煤灰的組成。化學(xué)分析結(jié)果表明，煤灰有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、 MgO、Na2O、K2O和SO3等氧化物構(gòu)成。其中Fe2O3、CaO、 MgO、Na2O、K2O為堿性氧化物，SiO2、Al2O3、SO3為酸性氧化物，這些氧化物對(duì)于煤灰熔融溫度的影響各不相同，Vassilev等、孫文娟分析了煤灰中化學(xué)成分以及礦物成分對(duì)煤灰熔點(diǎn)的影響，得出了堿性氧化物一般隨著含量升高煤灰熔融溫度會(huì)先降低后升高，酸性氧化物一般隨著含量升高煤灰熔融溫度會(huì)升高，煤灰中的SO3對(duì)煤灰熔融溫度起到降低作用[7]。

半焦是煤氣化的產(chǎn)物，與原煤相比在表面形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成上都有很大的不同。

煤灰熔點(diǎn)的改變能夠更好的利用煤，也能很好的解決爐膛內(nèi)結(jié)渣的問(wèn)題。本實(shí)驗(yàn)以半焦為添加劑來(lái)改變黃陵煤、神木河畔煤、神木海灣煤、山西煤的礦物組成，從而研究焦對(duì)煤灰熔融溫度的影響。

四、實(shí)驗(yàn)部分

（一）實(shí)驗(yàn)用煤

本實(shí)驗(yàn)選取4種煤為研究對(duì)象，分別是：黃陵煤（1#）、神木河畔煤（2#）、神木海灣煤（3#）、山西煤（4#）。

（二）實(shí)驗(yàn)儀器

本實(shí)驗(yàn)用JFHR-3型微機(jī)灰熔點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)量煤灰的灰熔點(diǎn)。本儀器由高溫爐、控制箱以及計(jì)算機(jī)三部分組成。高溫爐采用臥式爐，爐內(nèi)加熱元件為硅碳管。，最高加熱溫度達(dá)1500。C。

（三）煤灰的準(zhǔn)備

1. 煤灰的制備

將選取的煤樣分別在JF-100顎式破碎機(jī)中粉碎，再將其置于JF-100-1A密閉式制樣粉碎機(jī)中，磨成0.2mm以下的微粒，煤粉在JF-4-10AS高效節(jié)能一體智能馬弗爐中灰化?；一玫拿夯遥诂旇а欣徶醒心?，磨至微粒小于0.1mm。

2. 灰錐的制作

用0.1g/ml的糊精溶液，將研磨好的煤灰調(diào)成可塑狀，將其用下刀鏟下放入三角錐體的灰錐模中，擠壓成灰錐，最后，將模內(nèi)的灰錐推到玻璃板上，在空氣中干燥，備用。

（四）結(jié)果分析

煤灰由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3、TiO2等組分構(gòu)成。SiO2、Al2O3、SO3、TiO2屬于酸性氧化物;Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O屬于堿性氧化物。1#樣品中含有81.99%的酸性氧化物，13.63%的堿性氧化物;2#樣品中含有47.13%的酸性氧化物，50.81%的堿性氧化物;3#樣品中含有59.22%的酸性氧化物，35.78%的堿性氧化物;4#樣品中含有91.84%的酸性氧化物，8.15%的堿性氧化物。由于這四中樣品中酸性和堿性氧化物的含量不同。在一般情況下，酸性氧化物有升高煤灰熔點(diǎn)的效果;堿性氧化物對(duì)煤灰起到助熔的作用，但也要在一定的范圍內(nèi)。

隨著灰中焦添加量的增大，黃陵煤的DT、ST、HT和FT都呈逐漸上升的趨勢(shì)，但在不同含量下，變化的幅度各不相同?；抑薪购吭?0%以下時(shí)，黃陵煤的DT和ST增長(zhǎng)緩慢，達(dá)到10%以上時(shí)，DT和ST增長(zhǎng)幅度較大?；抑薪购吭?5%以下時(shí)，黃陵煤的HT和FT增長(zhǎng)緩慢，達(dá)到15%以上時(shí)，HT和FT增長(zhǎng)幅度較大。由此可見(jiàn)，灰中焦能有效提高煤灰熔融特性。

隨著摻焦量的升高，神木海灣煤的DT、ST、HT和FT整體成上升趨勢(shì)。摻焦量在5%以下和10%～20%時(shí)DT、ST、HT和FT呈緩慢上升趨勢(shì)，在5%～10%時(shí)DT、ST、HT和FT時(shí)略有下降，但整體高于原煤。所以灰中焦能夠提高煤灰熔點(diǎn)。

山西煤當(dāng)摻焦量小于15%時(shí)，其DT、ST、HT和FT整體成上升趨勢(shì)。ST、HT和FT在摻焦量小于10%時(shí)增長(zhǎng)幅度較大，在10%～15%時(shí)增長(zhǎng)緩慢;DT在摻焦量為5% ～10%時(shí)增長(zhǎng)幅度較大，在小于5%和10%～15%時(shí)增長(zhǎng)緩慢。在摻焦量大于15%時(shí)，DT、ST、HT和FT成明顯下降趨勢(shì)，且低于原煤，這是因?yàn)殡S著焦量的增加，其中一些礦物質(zhì)的含量比例也在增加，當(dāng)堿性氧化物的含量高于原煤是，則它的灰熔點(diǎn)就會(huì)下降。

黃陵煤中添加10%的半焦，其煤灰在變形溫度下的主要結(jié)晶礦物質(zhì)為硬石膏、石英、鈣鋁黃長(zhǎng)石等組成;添加15%的半焦，其煤灰在變形溫度下的主要結(jié)晶礦物質(zhì)為硬石膏、莫來(lái)石、鈣鐵輝石等組成。隨著半焦加入量的增加，石英、鈣鋁黃長(zhǎng)石的衍射峰逐漸消失，形成了莫來(lái)石、鈣鐵輝石的衍射峰。其中鈣鋁黃長(zhǎng)石為助熔礦物，莫來(lái)石為耐熔礦物。在煤灰中，助熔礦物的百分比越大，灰熔點(diǎn)溫度越低;助熔礦物的百分比越小，灰熔融溫度越高。

五、結(jié)論

（一）半焦量在一定范圍內(nèi)升高煤灰熔點(diǎn)，過(guò)高會(huì)使灰熔點(diǎn)有所降低

（二）煤灰中酸性氧化物有升高煤灰熔點(diǎn)的效果;堿性氧化物對(duì)煤灰起到助熔的作用，但也要在一定的范圍內(nèi)。

（三）用XRD分析熔融過(guò)程中煤灰成分，可以看出焦的加入量可以改變灰中礦物質(zhì)的含量。

參考文獻(xiàn)：

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[2]龍永華，高晉生.煤中礦物質(zhì)與氣化工藝的選擇[J].潔凈煤技術(shù)，1998，4;34-37.

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[4]鞏學(xué)剛.從煤炭用途和使用工藝的變化看煤炭市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)[期刊].中國(guó)煤炭，2007-02-22，1-1

[5]周安寧，黃定國(guó).潔凈煤技術(shù)[M].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2010：20-25

作者簡(jiǎn)介：

張勇（1982-），民族：漢，性別：男，籍貫：四川省成都市，工作單位，西安集優(yōu)企業(yè)管理咨詢(xún)有限公司。