灰熔點測定儀常見問題及維護方法

目錄： 名詞解釋 | 影響因素 灰錐制作 | 溫度特性 日常維護 | 相關鏈接

什么是灰熔點、灰的粘溫特性？這兩個指標對氣化操作條件有什么影響

煤灰熔融性是動力和氣化用煤的指標。煤灰是由各種礦物質組成的混合物，沒有一個固定的熔點，只有一個熔化溫度的范圍。煤灰熔融性又稱灰熔點。煤的礦物質成分不同，煤的灰熔點比其某一單個成分灰熔點低。灰熔點的測定方法常用角錐法(見國標GB/T219)。將煤灰與糊精混合塑成三角錐體，放在高溫爐中加熱，根據灰錐形態變化確定DT（變形溫度）、ST（軟化溫度）、HT（半球溫度）和FT（熔化溫度）。一般用ST評定煤灰熔融性。
粘溫特性是指煤的灰分在不同溫度下熔融時，液態灰所表現的流動性。
煤灰的熔融性是與煤灰化學組成相關的一個重要指標，對煤的氣化和燃燒有很大影響。一般而言，煤灰中酸性組分 SiO2、Al2O3、TiO2 和堿性組分 Fe2O3、CaO、MgO、Na2O 等的比值越大，灰熔點越高。煤灰中鐵的化合價煤灰熔融性有很大的影響，在強氧化性氣氛下（鐵以三氧化二鐵的形式存在）或者在強還原性氣氛下（鐵以單質鐵的形式存在）會使灰的熔融點比半還原性條件下（鐵以氧化鐵的形式存在）高出許多，這是由于氧化鐵可與灰中的三氧化二鋁、二氧化硅生成一種低熔點的二價鐵、鋁的硅酸鹽。Shell 煤氣化屬熔渣、氣流床氣化，為保證氣化爐能順利排渣，氣化操作溫度要高于灰熔點 FT約 100～150℃。如果灰熔點過高，勢必要求提高氣化溫度，從而影響氣化爐的運行經濟性。 因此FT溫度低對氣化排渣有利。對高灰熔點的煤，一般可以通過添加助熔劑來改變煤的熔融特性，以保證氣化爐的正常運行。但其中一些組分超過一定的含量之后就會達到“飽和” ，如加入石灰石到一定量后，灰中氧化鈣占主導地位，反而會使煤灰熔點升高。
灰渣粘溫特性差對裝置的影響
1)激冷室積灰：
由于粘溫特性差，液態渣在流動過程中隨著溫度的降低，黏度直線上升、灰渣流動性減弱，形成掛渣，堵塞了降管。再之渣口處氣流速度快，將黏度高的液態灰渣拉成玻璃絲狀，這種玻璃絲起著粘結劑作用，使細灰易粘結在激冷室內，給停爐后的清理工作帶來很大困難，使激冷室液位正常控制受到影響，嚴重時甚至導致串氣停車。
2)灰水管線磨蝕加快
粗渣細且有大量的玻璃絲，灰水中固含量增加，管線、閥門磨蝕加快，灰水界區頻繁磨漏，渣斗循環泵出口管線多次磨穿，有時不得不停車處理，嚴重影響生產穩定運行。
3)爐磚損耗快：
渣口處渣黏度大，不易流動，需提高爐溫來降低黏度。爐膛溫度高，爐壁渣黏度低，爐磚剝落快；渣口下渣黏度大，渣口或下降管易堵渣。
4)有效工藝氣含量低：
在灰渣從爐內到渣口排出過程中，溫度降低，渣黏度增大，導致渣口或下降管堵塞，為了熔渣不得不提高℃，以提高爐溫來達到熔渣的目的，這樣就需要更多的碳與氧氣反應生成CO₂來提高熱量，導致工藝氣中CO₂含量高，相應的有效氣成分CO+H₂含量降低，而且由于CO含量降低及熱負荷高，水氣比高，使變換反應溫度難以維持，不利于變換工段高負荷操作。
5)下降管損壞
由于粘溫特性不好，在渣從渣口向下流動過程中溫度降低、黏度增大，導致掛渣、難以流動，掛渣導致氣體偏流，使下降管結渣或燒穿,原料煤更換前，每次停爐后都不得不檢修下降管。下降管堵渣后需要打開爐頭大蓋，用風鎬進行人工敲擊清除灰渣，一般需要十幾天才能完成。費時費力，被迫處于單爐運行，嚴重制約生產的高負荷運行
6)出口工藝氣溫度高
由于粘溫特性不好，灰渣從渣口排出過程中，黏度上升、流動性變差，在下降管中形成掛渣，使氣流通道變窄，妨礙氣流與水接觸。氣流速度加快，氣流沖出套管下沿，造成氣體未經環隙而短路，使工藝氣流溫度高而聯鎖跳車。

煤灰熔融性的測定方法中四個熔點溫度解釋：

煤灰熔融性的測定方法中四個熔點溫度：變形溫度（DT）軟化溫度（ST）半球溫度（HT）流動溫度（FT）
1、變形溫度（DT）：
灰錐尖或棱開始變圓或彎曲時的溫度,(如灰錐尖保持尖銳和筆直，灰錐體收縮和歪斜不算變形溫度)某些高熔點(一般是ST大于1400℃)的煤灰，在升溫過程中會出現在低溫度下灰錐尖開始微彎，然后變直，到一定溫度后又彎曲的現象，第一次彎曲不是灰錐局部熔化而是由于灰分發生熱分解而造成，故不算，應以第二次彎曲的溫度為DT。
2、軟化溫度（ST）：
灰錐彎曲至錐類觸及托板或灰錐變成球形時的溫度,在后一種情況下，無論試樣體積是膨大還是縮小，只要眼睛觀察到它的高度等于或小于底長就算ST。
3、半球溫度（HT）：
灰錐形變近似半球形，即高約等于底長的一半時的溫度。
4、流動溫度（FT）：
灰錐熔化展開成高度在1.5mm以下的薄層時的溫度。
判斷“流動溫度”的關鍵是“灰樣熔化展開成薄層”有的煤（如CaO含量高的煤灰）在高溫下會變成小于1.5mm的小燒結塊，實際未達到流動溫度。

影響煤灰熔融性的幾點要素：

首先，煤樣是≤0．2mm的空氣干燥煤樣，灰化煤樣用灰皿中的煤樣應保證少于0.15g/cm²并用慢速灰化法灼燒至恒重。否則，會因黃鐵礦氧化不完全和碳酸鹽分解不完全等原因，使灰成分發生變化，導致結果也發生變化。
2.灰樣粒度一定要符合要求灼燒恒重后的灰樣，應研磨至≤0.1mm，否則，過粗灰樣，制作的灰錐就疏松，其測值偏低。另外，過完灰樣的篩子清洗干燥后再過第 2個灰樣，以防止灰樣污染影響測值。
3.注意熱電偶端頭與灰錐間的距離
熱電偶端頭距離灰錐應為2mm左右。若太近，端頭可能與灰錐粘連，無法判斷其熔融溫度；若太遠，端頭所測溫度與灰錐所在部位實際溫度不符，使結果不準。
4.碳物質及其量應合適用封碳法調試爐內氣氛，碳物質及量的選擇應合適。一般氣疏型的，在剛玉舟中央放置石墨粉 15～20g，兩端放置無煙煤40～ 50g；氣密型的放置石墨粉 5～6g。但在實際操作中，用剛玉管放置石墨粉0～30g，才能調準試驗氣氛。由于石墨粉量大，高溫下爐膛內煙霧過多而影響判斷。所以，在用氣密剛玉管調試時，應加適量石墨粉和無煙煤，防止煙霧過多。
5.嚴格控制升溫速度：
900℃以前的升溫速度應嚴格控制在15～20℃/min；900℃以后控制在 (5±1)℃/min。因為煤灰熔融過程是一個灰樣從局部熔融到全部熔融的過程，而且爐熱傳遞，以及灰樣達到溫度均勻都需要一定時間。因此測定時，升溫速度不能太快，測值偏高；但也不能太慢，會使試驗周期加長。
6.硅碳管受熱均勻并有足夠的恒溫區：
測定用的硅碳管一定要受熱均勻，且有足夠恒溫區，否則因硅碳管受熱不均，使有的部位溫度高。有的部位溫度低，所測溫度與爐膛中灰錐所在部位的實際溫度不符。使結果不準。
7.避免主觀因素影響：
目前，所測溫度大都是 目視判斷。而煤灰的4個特征熔融溫度主要是根據試樣形態變化判斷，尺寸變化只是個參考因素。因此，目視觀察有一定誤差。另外，由于煤灰為混合物，灰的組成不同，受熱時的形態變化也各異。有時還會產生一些特殊變化，如起泡、膨脹、縮小、彎曲又變直、突然消失等，給結果的判斷增加困難。實際上，標準中給的圖例，是一般圖例，試驗者應根據經驗正出確判斷溫度。現在國內又生產出用攝像機并通過顯示屏觀察灰錐變化的儀器。這些顯示屏都有放大作用，判斷灰錐變化時，易產生誤差，所以一般不要從屏幕上觀看。如從屏幕上判斷，應在調試儀器時確定顯示屏上灰錐的放大比例，以便于觀察流動溫度時判斷高度。

總之，測定煤灰熔融溫度過程中，每一個細節都很重要，且人為因素較多。試驗時一 定要認真、仔細、規范。

準確測定煤灰熔融性的影響因素：

煤灰熔融性是動力用煤和氣化用煤的重要指標，同時又是設計鍋爐的重要參數，準確測定煤灰熔融性有其重要的實踐意義。煤灰熔融性對鍋爐燃燒有重要影響。在一般的固態排渣鍋爐和氣化爐中，結渣是生產中的嚴重問題之一，可給鍋爐燃燒帶來困難并影響鍋爐正常運行，甚至造成停爐事故。對氣化爐來說，則會造成煤氣質量下降，因此，在固態排渣的鍋爐和氣化爐中，原料煤的灰熔融溫度越高越好。但對鏈條爐來說，則要求有較低的灰熔融溫度，由此可見，煤灰熔融性的測定非常具有實際意義。煤灰熔融性是表征煤灰在一定條件下隨加熱溫度而變化的變形、軟化、呈半球和流動特征的物理狀態。當在規定條件下加熱煤灰試樣時，隨著溫度的升高，煤灰試樣會局部熔融到全部熔融并伴隨產生一定的物理狀態，即變形、軟化、半球和流動。煤灰熔融性4種變化點的溫度主要由其煤灰中礦物質成分決定。煤中的礦物質成分極其復雜，主要由硅、鋁、鈦、鈣和鎂等多種元素的氧化物及其問的化合物構成的復雜混合物組成。
在現行的國家標準中通常用4種溫度表示其物理狀態，即變形溫度(DT)、軟化溫度(ST)、半球溫度(HT)和流動溫度(FT)，GBT/219—2008中規定煤灰熔融的測定方法：將分析試樣在一定溫度下灼燒而成的煤灰，在規定的灰錐模子中制成特定大小的三角灰錐，在特定的氣體介質中，對灰錐進行加熱，在其加熱的過程中觀察灰錐在受熱過程中的 形態變化，觀測并記錄其特征熔融溫度，即變形溫度(DT)、軟化溫度(ST)、半球溫度(HT)和流動溫度(FT)。

灰錐的制作

1.煤灰的制備:
取空氣干燥基狀態下的分析煤樣適量，嚴格按照國標GBT/212-2008中的規定進行燒灰，取燒制后的煤灰在瑪瑙研缽研細至0.1mm以下。在研細的過程中，用力要均勻，可沿研缽順時針或逆時針研磨。為分析煤樣在815℃條件下灰化，有些硬煤的成分比較復雜，結果在同樣的條件下，造成表面的煤樣灰化比里面的更完全，因而導致煤灰均勻。為了排除在煤的灰化過程中造成的誤差，實驗人員應把灰化后的灰全部放入瑪瑙研缽中并小心地研細，切忌不可取灰皿中表面的一部分或部分灰樣進行研磨，以更利于灰樣的均勻性及代表性，同時也便于灰錐的制作。

2.灰錐的制作:
灰錐的尺寸在新修訂的GBT/219—2008中進行了調整，即高20mm，底為邊長7mm的正三角形，錐體的一側面垂直于底面。在制作的過程中首先取(1～2)g研磨好的煤灰放在瓷板或玻璃板上，用數滴糊精溶液(參照國標GBT/219-2008中5.1:將糊精10g溶于10mL蒸餾水中配成100/L溶液)潤濕并用不銹鋼鏟子調成可塑狀，均勻地將調制好的灰放入灰錐模子中，放置過程中左手大拇指小心地把擋板按在灰錐模子底部，然后用右手小心地用不銹鋼鏟子把調制好的灰鏟入灰錐模中擠壓成型。將模內灰錐小心地推至瓷板或玻璃板上，于空氣中風干備用。通過實驗圖數據表明：調制稀軟的灰錐使其變形溫度比正常低5℃～10℃；還有的實驗人員為了數據的快捷性，將其不完全干燥的灰錐放置爐膛內進行實驗，此時不完全干燥的灰錐要吸收爐膛內的一部分熱值，散發出一定的水蒸氣，導致觀察孔不清晰；同時破壞爐膛內已有的弱還原性氣氛，以致影響測定結果的準確性。，灰錐錐尖的短缺或變曲直接影響實驗者對變形溫度的判斷，所以在放置灰錐前應對已不完全的灰錐模型進行重新制備。
灰錐的放置灰錐在爐膛中的位置直接影響測定結果的準確性，即灰錐放在恒溫區并緊鄰熱電偶末端2 mm處。若放置得太近，灰錐受熱變形后極易與熱電偶末端發生黏結，不僅難以判定試樣的熔融溫度從而影響測定結果的準確性，還損壞熱電偶的使用壽命；放置太遠，灰錐所在位置的溫度與熱電偶末端所測的溫度會偏低，導致爐膛內的溫度更高，則實驗數據的值比實際偏高20℃左右，所以為了灰錐的放置準確性，應多實踐。使灰錐托板不僅要放置到準確位置，而且要與剛玉舟放置在同一水平線上；灰錐在重力的作用下，隨著溫度升高易向左或右傾斜，從而影響實驗者的判定，易造成實驗失敗。

取1～2g 煤灰放在瓷板或玻璃板上，用數滴10%的糊精水溶液潤濕注，調成可塑狀，然后用小尖刀鏟入灰錐模中擠壓成型。用小尖刀將模內灰錐小心地推在灰錐托板上。

托板材料的選擇:

煤灰成分大致分為堿性和酸性，堿性組分與酸性組分之比大于1，為堿性灰；反之為酸性灰。我國實驗室現提供的有酸性和堿性托板2種，實驗人員根據煤灰的成分選擇適合的托板。因為煤灰灰錐在1500℃的高溫條件下與其酸堿性相反的托板發生化學反應而影響測試結果；所以堿性灰應選擇氧化鎂所制的托板，酸性灰應選擇氧化鋁所制的托板。測試結束后，待溫度降到室溫時，打開爐門取出剛玉舟仔細觀察托板，如發現灰錐與托板黏連，應重新制備新的灰錐，選擇相反的托板，重新實驗。
試驗氣氛：
煤灰熔融性的測定結果主要受實驗氣氛的影響；我國現行的標準GBT/219—2008規定為氧化氣氛和弱還原性氣氛，由于氧化氣氛的不穩定性和高成本性，通常實驗室選用弱還原性氣氛。現階段，實驗室選用封碳法或通氣法控制爐膛內的實驗氣氛。國標GBT/219—2008提供了封碳法和通氣法的操作程序。封碳法即在剛玉舟中央放置石墨粉(15～20)g，兩端放置無煙煤(40～50)g(對氣疏高剛玉管爐膛)或在剛玉舟中央放置石墨粉(5～6)g(對氣密剛玉管爐膛)，具體的封碳量要在實際操作過程中應用標準物質才能得到控制。在試驗中，不同量的碳物質在不同的溫度下所生成的C0和C0₂的體積不同，二者在爐膛內始終處于一個動態中：當C0多于CO₂時，爐膛內氣氛呈強還原性，其之間的體積接近于1:1時，氣氛就呈弱還原性，控制爐膛內碳含量對氣氛的調整至關重要。
(1)應用通氣法控制氣氛時，將準備好的試樣灰錐和標準物質的灰錐(每次實驗過程中都要放置)放在已選取好的托板上，一并放在剛玉舟上，小心地推入爐膛內熱電偶2mm左右處，調試到水平，關上爐蓋，開始加熱。到600℃開始通入氫氣或一氧化碳和二氧化碳的混合氣體，流量為800mL/min～1000ml/min，低于或者高于流量值，對試樣的熔融溫度產生提前或退后50℃～100℃。
(2)爐內氣氛的控制：為保證試驗數據的準確及科學有效性，通常要對爐內氣氛進行定期檢查。具體有標準物質測定法和取氣分析法2種方法。采用標準物質測定法時，其實際測定值與弱還原性氣氛下的標準相差不超過40℃，則證明爐內氣氛為弱還原性；如超過40℃，則根據其與強還原性或氧化性氣氛下的參比值的接近程度以及剛玉舟中碳物質的氧化情況來判斷爐內氣氛，并加以調整。
采用取氣分析法時，用一根氣密剛玉管從爐子高溫帶以一定的速度(以不改變爐內氣體組成為準，一般為(6～7)mL/min)取出氣體進行分析。如在(1000～1300)℃范圍內，還原性氣體(一氧化碳、氫氣和甲烷等)的體積分數為10%～70%．同時l100℃以下還原性氣體的總體積和二氧化碳的體積不大于1:1、氧含量低于0.5%，則爐內氣氛為弱還原性。如果發生偏差，要及時對氫氣和二氧化碳氣體流量加以調整，以保證爐內氣氛的準確性。

灰熔點測定儀溫度特性

煤如何按灰熔融特性溫度分類：

各種煤的灰熔融特性溫度一般在1100~1600℃之間。ST＞1400℃的煤稱為難熔灰分的煤，ST＝1200~1400℃的煤稱為中熔灰分的煤，ST＜1200℃的煤稱為易熔灰分的煤。

影響灰熔融特性溫度的因素有哪些：

（1）介質因素。實踐證明，當周圍介質性質改變時，會使灰熔點發生變化。例如，當有CO2、H2等還原氣體存在時，會使熔點降低。這是由于還原性氣體能使灰分中的高價氧化鐵還原，產生低熔點的氧化亞鐵的緣故。
（2）成分因素。組成煤灰的成分及各種成分的含量比例，是決定灰熔融特性溫度高低的基本因素。煤灰的成分一般是三氧化鋁（AL2O3）、二氧化硅（SiO2）、各種氧化鐵（FeO、Fe2O3、 Fe3O4）、鈣鎂氧化物（CaO、MgO）及堿金屬氧化物（Na2O、K2O）等，但主要成分是SiO2、FeO、ΣFeO和CaO，其他成分則甚微。若灰中含有熔點較高的物質越多，則灰的熔點也越高；若灰中含有熔點較低的物質越多，則灰的熔點也越低。當煤中硫鐵礦（FeS2）等含量較多時，也會使灰熔點下降。有的物質有助熔作用，比如CaO本身熔點為2570℃，但它在與FeO和AL2O3組成混合物時，灰熔點會降低到1200℃。
（3）濃度的因素。當灰分組成一樣，所處環境的周圍介質也一樣，但煤中含灰量不同時，熔點也會發生變化。燒多灰分的煤容易結渣。

熱電偶的度:
煤灰熔融性是用溫度表示的。準確為了保證爐膛內的溫度與電腦的顯示值一致，爐膛內的溫度只能通過熱電偶來準確傳導，故熱電偶測量的準確與否是灰熔融性測定準確度的決定性因素。國標GBT/219—2008中規定，實驗室要定期對熱電偶進行校核，以保證溫度測量準確度符合檢驗要求。具體方法：用金絲(直徑不小于0.5mm，厚度O.5mm～1.0mm，純度99.99%，熔融性溫度l064℃)、鈀絲(直徑不小于0.5mm，厚度0.5mm～1.0 mm，純度99.99％，熔融性溫度1554℃)來檢查熱電偶(包括高溫計)的準確度，熔融性溫度差值小于10℃則認為熱電偶傳導與電腦指示值一致，其熔融溫度才能測定準確。

灰熔融性測定儀日常維護與保養：

1 ．樣品要足夠細 (0.1mm 以下 ) ；
2 ．制做灰錐時灰錐尖要保持完整；
3 ．灰錐粘貼時灰錐應與灰錐托板呈垂直狀態；粘好后的灰錐完全干燥后，才能投入實驗；
4 ．保持石英片、鏡頭等光路部件的清潔 ；
5 ．為保正結果的準確性，可根據具體情況從數據庫所保存的圖像進行人工判斷；
6 ．高溫爐不宜長時間恒溫在極限溫度；
7 ．硅碳管等元器件應定期更換 ；
8 ．因異常情況導致儀器不能正常工作時 , 應處理后再使用。

灰熔點測定儀相關鏈接：

各型號灰熔點測定儀技術參數對照表
HR-4型灰熔點測定儀
HR-3型微機灰熔點測定儀
ZDHR-3微機灰熔點測定儀
HR-2灰熔融性測定儀
灰熔點測定儀配件