煤灰熔融性檢測：檢測項目與技術解析

一、煤灰熔融性檢測的核心項目

1. • 定義：灰錐尖端開始彎曲或傾斜時的溫度。
   • 意義：標志煤灰在高溫下開始發生塑性變形，是熔融過程的初始階段。若DT過低，可能在鍋爐燃燒早期引發結渣。
2. • 定義：灰錐彎曲至錐尖觸及托板或整體縮成球狀時的溫度。
   • 意義：反映灰渣開始具備流動性的臨界點，直接影響爐膛內灰渣的黏附傾向。
3. • 定義：灰錐熔融成半球形（高度≈底面直徑的一半）時的溫度。
   • 意義：表征煤灰的熔融狀態，常用于判斷氣化爐內灰渣的流動特性。
4. • 定義：灰錐完全熔融鋪展成高度≤1.5 mm薄層時的溫度。
   • 意義：決定液態排渣爐或氣化爐的操作溫度下限。FT過高可能導致排渣困難。

二、檢測方法與標準

1. • 角錐法（灰錐法）：將煤灰壓制成標準三角錐（高20 mm，底邊長7 mm），置于高溫爐中，以規定速率升溫并記錄形變溫度。
   • 熱機械分析法（TMA）：通過探針實時監測灰樣在加熱過程中的尺寸變化，自動化程度更高。
   • 高溫顯微鏡法：采用圖像采集技術動態分析灰錐形變，數據更精準。
2. • ISO 540: 國際通用的煤灰熔融性測定標準，規定氧化性或弱還原性氣氛下的測試條件。
   • ASTM D1857: 美國標準，側重還原性氣氛下的熔融性分析。
   • GB/T 219: 中國國家標準，與ISO 540方法基本一致，但增加對高鈣煤灰的特殊處理要求。

三、檢測流程與關鍵控制點

1. • 煤樣需在815℃下完全灰化，研磨至粒徑≤0.2 mm。
   • 灰錐成型需使用專用模具，避免內部氣泡影響結果。
2. • 升溫速率：通常為5℃/min（900℃前可適當加快）。
   • 氣氛環境：
     • 氧化性氣氛：通入空氣或氧氣，適用于常規鍋爐工況模擬。
     • 還原性氣氛：通入CO/CO?混合氣體（體積比60:40），模擬氣化爐環境。
   • 觀測精度：需通過標準物質（如GBW11101灰熔點標準樣）校準儀器。
3. • 通過高清攝像頭或目視觀察灰錐形態，比對標準圖譜確定各特征溫度。
   • 重復測試3次，取平均值以減少誤差。

四、影響檢測結果的關鍵因素

1. • 酸性氧化物（SiO?、Al?O?）：含量高會提升熔融溫度（如Al?O?>40%時DT可超1500℃）。
   • 堿性氧化物（Fe?O?、CaO、MgO）：起助熔作用，但過量時可能形成低共熔混合物（如FeO-SiO?體系）。
   • 硫含量（SO?）：促進低溫共熔物的生成，降低熔融溫度。
2. • 還原性氣氛下Fe³?被還原為Fe²?，形成FeO與SiO?的低熔點化合物（約1100℃），導致熔融溫度比氧化性氣氛低50~150℃。
3. • 灰化溫度過高（>815℃）可能導致堿性氧化物揮發，改變灰成分比例。

五、應用領域與指導意義

1. • 選擇爐膛出口溫度低于DT，可避免受熱面結渣。
   • 液態排渣鍋爐需確保FT低于爐膛溫度。
2. • 高ST/FT煤適合固態排渣鍋爐，低ST煤需搭配除渣劑或限制使用。
3. • 氣流床氣化爐（如Texaco）要求灰渣流動性好（FT<1400℃），否則需添加助熔劑（如石灰石）。

六、技術進展與挑戰

• 智能圖像識別：采用AI算法自動判讀灰錐形變，減少人為誤差。
• 高溫原位分析：結合XRD、拉曼光譜研究熔融過程的礦物相變。
• 多組分預測模型：基于煤灰化學參數的熔融溫度預測軟件（如FACT Sage）逐步應用于工業設計。

結語