徐威
深圳市帕斯环境检测技术有限公司
摘要：随着我国可持续发展战略的进一步深化实施，国家对于企业排污提出了更为严格的要求。本文结合笔者多年的工作实践对煤灰熔融温度影响因素试验气氛检测进行了分析探讨。
关键词：煤灰熔融温度；试验气氛；影响因素；标准锥法；取气分析法；灰锥托板
煤灰是一种由硅、铝、铁、钙和镁等多种元素的氧化物及它们间的化合物构成的复杂混合物，它没有固定的熔点，当其加热到一定温度时就开始局部熔化，然后随着温度升高，熔化部分增加，到某一温度时全部熔化。这种逐渐熔化作用，使煤灰试样产生变形（DT）、软化（ST）、半球（HT）和流动（FT） 等特征物理状态。通常就以与这四个状态相应的温度来表征煤灰的熔融性，或者说煤灰熔融性就是出现这四个特征物理状态时的温度。
由于煤灰中含有的铁在不同的气氛中将以不同的价态出现：在氧化性介质中它转变成三价铁（Fe2O3）；在弱还原性介质中，它将转变成二价铁（FeO）；在强还原性介质中则转变成金属（Fe）。三者的熔点以 FeO 最低（1420℃），Fe2O3 最高（1560℃），Fe 居中（1535℃），且 FeO 能与煤灰中的 SiO2 生成熔点更低的硅酸盐及其低（共）熔混合物，所以煤灰在弱还原性气氛中熔融温度最低。煤灰中含铁量越高，气氛的影响越大。当煤灰中Fe2O3含量达到15% 以上时，氧化性气氛下的软化温度和流动温度可能将比弱还原性气氛下的高 100~300℃。所以试验气氛是影响煤灰熔融温度的主要因素。
一、如何对仪器的试验气氛进行检查
1. 煤灰熔融性测定的试验气氛有三种
弱还原性气氛、氧化性气氛和强还原性气氛。但常用的气氛是弱还原性气氛。因为在工业锅炉的燃烧或气化室中，一般都形成由CO、H2、CO2和O2为主要成分的弱还原性气氛，所以煤灰熔融性测定一般也是在与之相似的弱还原性气氛中进行。我们在实验过程中采用的是简单易行的封碳法来控制炉内气氛。为了确保炉内气氛的准确性我们通常采用的检查炉内气氛的方法有两种：即标准锥法和取气分析法。
2．标准锥法
即用煤灰熔融性标准物质制备成标准灰锥，实验中同时测定标准灰锥的熔融温度。如测定标准灰锥的软化温度和流动温度与其弱还原性气氛下的标准值相差不超过４０℃，则炉内气氛为弱还原性。（如超过４０℃，则根据试验后残存含碳物的质量及氧化情况，以及测定值与氧化性及强还原性气氛下的标准值的接近程度来判断炉内气氛。一般说来，强还原性气氛下的熔融温度比氧化性气氛下的还高。）试验中我们每次都带标准样品，并且还定期用不同范围值的标准样品分别对仪器进行检测，以确保试验气氛的可靠性。
我们所用的标准样品有 GBW11124（T1=1054±11，T2=1092±10，T3=1160±12，T4=1191±10），CAF-5（T1=1214±11，T2=127±9，T3=1304±14，T4=1352±10）。GBW11125c（T1=1243±21，T2=1333±12，T3=1362±12，T4=1434±19）。括号内的 T1，T2，T3，T4 分别代表它们在弱还原状态下的四个特征熔融温度标准值。如果用仪器对三个标准样品进行测定，每个样品所测得的四个特征熔融温度值与标准值比较，结果都在误差范围内，说明仪器非常准确可靠，可以用于生产试验。
3.取气分析法
从炉后插入一直径约 10mm 的刚玉管，至距灰锥放置部位约 10mm 处。刚玉管用橡胶管与排水集气瓶相接，瓶内装饱和盐水或甘油。当炉温升至900℃时，打开集气瓶下口活塞，使瓶内溶液以5-6ml/ min 的速度滴下（也可用其他集气方式以 5-6ml/min 速度抽取气体），弃去 1000℃以前收集的气体，保留 1000-1100℃和 1100-1300℃温度范围内收集的气体并进行CO、CO２ 和O２ 含量测定。如果在 1000-1300℃范围内，还原性气体（ＣＯ）体积百分数为 10%-70%，O２含量不大于 0.5%，同时在 1100℃以下CO和CO２ 之比不大于 1，则炉内气氛为弱还原性。之所以要求 1100℃以下CO和CO２之比不大于 1，是因为用封碳法控制炉内气氛时，随着温度的升高，炉内CO含量也不断增加，为防止在更高温度下炉内CO含量大大超过CO２而形成强还原性气氛，致使灰的熔融温度升高，故做此限定。
二、灰锥托板的改进
由于我们试验中所用灰锥托板共有七个孔，每次试验再做一至二个标准样品，所能做样太少了。所以为了提高工作效率，我们尝试在每个灰锥托板的两边都各增加一个孔，即同时可测定九个样品，经过这样改进后的灰锥托板并不会影响试验过程中的观测，我们还通过大量试验验证，其测值的重复性非常好。举例如下：同一样品在七孔灰锥托板上做七个样品时的测值与在九孔灰锥托板上做九个样品时的测值基本一样。由于篇幅关系，不同煤种均以一个样品代表。
表一：烟煤煤灰熔融温度在灰锥托板不同位置的测定情况
三、总结
1.通过以上阐述、我们对煤灰熔融性测定的主要影响因素——试验气氛，以及试验气氛的两种检测方法——标准锥法和取气分析法有了详细了解。
2.对于灰锥托板的改进，也许这样的改进对于某些特殊煤种的煤灰熔融性测定还不能很好的满足，但我们的大量试验中还没遇到。在我们的试验过程中当靠近边缘的相邻的两个位置做平行测定时，效果更是特别好。希望其他同行能勇于尝试，希望灰锥托板的这个改进能被推广使用。
参考文献：
[1]陈鹏编著《中国煤炭性质、分类和利用》
[2]李英华主编《煤质分析应用技术指南》
[3]《煤灰熔融性测定》 GB/T219-2008
论文作者:徐威
论文发表刊物:《防护工程》2018年第12期
论文发表时间:2018/9/30
标签：煤灰论文; 气氛论文; 温度论文; 标准论文; 原性论文; 样品论文; 性气论文; 《防护工程》2018年第12期论文;