CN107884430B - 一种预测煤等含碳物质灰熔融温度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预测煤等含碳物质灰熔融温度的方法，将含碳物质制成灰后测定样品灰成分，利用FactSage软件计算在特定条件下煤灰的矿物质组成，利用拟合得到煤灰的矿物因子预测煤灰流动温度的方法。本发明的利用FactSage软件预测灰熔融温度的方法操作简单，计算量少，且准确度高，适应范围广，在预测含碳物质灰熔融特性方面具有明显的优势。

Description

一种预测煤等含碳物质灰熔融温度的方法
技术领域
本发明涉及一种煤等含碳物质的转化技术领域，特别涉及一种预测煤等含碳物质灰熔融温度的方法。
背景技术
煤等含碳矿物质是重要的能源和化工原料。灰熔融流动特性是煤、生物质等含碳物质洁净转化（燃烧和气化）的重要指标。在煤转化过程中，由于煤等含碳物质灰熔融特性的不适应造成效率下降、结渣和设备腐蚀，甚至导致整个转化体系的停产。因此，煤等含碳物质灰熔融流动特性的调控和预测成为了关注和研究的焦点。添加剂和配煤是调控煤等含碳矿物质灰熔融流动特性的常用手段。为改变煤的灰熔融特性使其适应特定锅炉或气化炉的要求，对添加剂和配煤进行有效的指导，研究人员通过灰化学组成对灰熔融温度进行了预测，并建立了相应的关联式。但其应用范围存在一定的局限性，这主要是灰熔融过程中除矿物质自身的熔融外，矿物质之间还存在复杂的化学反应，导致同种元素赋存形态不同，从而使具有相同化学组成的灰表现出不同的灰熔融特性。为弥补这一缺点，有些学者从矿物质组成和矿物因子的角度来预测煤等含碳矿物质的灰熔融温度，但需要进行X-射线衍射实验，再借助软件对矿物质种类和相对含量进行计算分析，实验程序复杂，计算量大，一定程度上限制了预测公式的应用。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本发明提供一种计算量少、程序简单的只需知道主要成分就可准确预测煤等含碳物质灰熔融温度的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种预测煤等含碳物质灰熔融温度的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
（1）将含碳物质放入马弗炉内按照GB/T1574-2008制备815℃的灰；
（2）测定样品的灰成分；
（3）将煤灰的3-8种主要氧化物成分输入FactSage软件，计算给定温度、压力、气氛下达到平衡状态时的矿物质组成；
（4）建立灰熔融温度与给定条件下单一矿物质相对含量的影响因子IF；
（5）定义总矿物因子MF与单一矿物质含量影响因子IF的关系：
MF = a1 W 1 + a2 W 2+ ····· +ai-1 W i-1+ai W 液相
其中，a1、a2……ai-1为单一矿物质对灰熔融温度的影响因子，ai为液相对灰熔融温度的影响因子，W为相对含量；
（6）建立灰熔融温度与总矿物因子的关系式：
FT/DT/ST/HT= AiMF + Bi
其中，FT、DT、ST和HT分别为煤灰的四个特征温度中的流动温度、变形温度、软化温度和半球温度；Ai和Bi分别表示煤灰四种特征温度与总矿物质因子拟合所得直线的斜率和截距。
本发明的一种预测煤等含碳物质灰熔融温度的方法，所述含碳物质为煤、生物质、工业废弃物中的一种或几种的混合物。
作为优选方案，步骤（2）中采用X-射线荧光仪、等离子体-原子发射光谱仪测定样品灰成分。
作为优选方案，步骤（3）中3-8种主要氧化物的质量为煤灰总质量的85%以上。
进一步的，步骤（3）中采用FactSage软件中的Equilib模型进行计算。
作为优选方案，步骤（4）中，以单一矿物质相对质量含量为横坐标，以灰熔融温度为纵坐标，线性拟合，将斜率定义为单一矿物质对灰熔融温度的影响因子IF。
作为优选方案，步骤（6）中，以总矿物因子MF为横坐标，以灰熔融温度为纵坐标，采用最小二乘法进行线性拟合，得到灰熔融温度与总矿物因子之间的关联式。
本发明的有益效果是：
（1）本发明测灰熔融温度的方法操作简单，只要能准确测定灰成分即可；
（2）本发明借助FactSage软件计算某一温度下的特定的煤灰矿物质组成，且准确度较高；
（3）本发明适用范围广，适用于在下属范围内的灰成分中3-8种主要氧化物质量之和在85%以上的所有含碳物质；
（4）与现有煤灰熔融的预测方法比较不需要额外的软件辅助和复杂的推导，具有明显的成本优势。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，本发明的保护范围包括但不限于以下实施例，在不偏离本申请的精神和范围的前提下任何对本发明的技术方案的细节和形式所做出的修改均落入本发明的保护范围内。
实施例1
煤灰流动温度（FT）的预测
选取以文献发表的69种国内外不同的煤灰样品，按照GB/T1574-2008制备815℃的灰；
采用X-射线荧光仪、等离子体-原子发射光谱仪等测定样品的灰成分；
采用FactSage软件中Equilib模型，选择煤灰中3-8种主要氧化物作为输入数据，计算特定温度（900-1300℃）下的矿物质含量；
分别以单一矿物质相对含量（质量分数）为X轴，以灰熔融温度（DT，ST， HT，FT）为Y轴做图，并进行线性拟合，将斜率定义为单一矿物质对熔融温度的影响因子（IF）；
定义总矿物因子（MF）与单一矿物质影响因子的关系：
MF = a1W堇青石 + a2W莫来石 + a3W长石 + a4W鳞石英 + a5W斜辉石 + a6W钙硅石+a7W钙黄长石+ a8 W液相
其中，a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7为矿物对灰熔融温度(DT，ST，HT，FT）的影响因子（四种特征温度对应不同温度、气氛下FactSage计算结果），a8为液相对灰熔融温度的影子因子，W为相对含量；
以MF为横坐标，灰熔融温度为纵坐标作图，采用最小二乘法对其进行线性拟合得到灰熔融温度FT与MF之间的关联式：
FT = A1MF + B1
利用该关联式预测煤灰的FT。
实施例2
平均摩尔离子势预测煤灰熔融温度的评价方法
选择八种煤作为实验样品，包括呼盛煤（HS）、襄阳煤（XY）、平顶山煤（PDS）、焦作煤（JZ）、大兴煤（DX）、梁宝寺煤（LBS）、彭庄煤（PZ）、赵楼煤（ZL）。
采用X-射线荧光仪测定煤灰的化学成分。
利用FactSage软件中Equilib模型，选择煤灰中3–8种主要氧化物作为输入数据，计算煤灰在1100℃的煤灰矿物质组成。
代入FT = A1MF + B1，计算煤灰的流动温度，记为FT1。
采用煤灰熔点的测定仪对上述煤灰样品的灰熔点进行测定记为FT2。
将FT1和FT2相比较，通过差值和偏差进行评价，结果见下表：
Figure 379696DEST_PATH_IMAGE001
a: ΔT/FT1；FT1：计算值；FT2: 实测值。

Claims (4)

1.一种预测含碳物质灰熔融温度的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将含碳物质放入马弗炉内按照GB/T1574-2008制备815℃的灰；
（2）测定样品的灰成分；
（3）将灰的3-8种主要氧化物成分输入FactSage软件，计算给定温度、压力、气氛下达到平衡状态时的矿物质组成；
（4）建立灰熔融温度与给定条件下的单一矿物质相对含量的影响因子IF，以单一矿物质相对质量含量为横坐标，以灰熔融温度为纵坐标，线性拟合，将斜率定义为单一矿物质相对含量的影响因子IF；
（5）定义总矿物因子MF与单一矿物质相对含量的影响因子IF的关系：
MF = a1 W 1 + a2 W 2+ ····· +ai-1 W i-1+ai W 液相
其中，a1、a2……ai-1为单一矿物质对灰熔融温度的影响因子，ai为液相对灰熔融温度的影响因子，W为相对含量；
（6）分别建立灰熔融四个特征温度与总矿物因子的关系式：
FT/DT/ST/HT= AiMF + Bi
其中，FT、DT、ST和HT分别为灰的四个特征温度中的流动温度、变形温度、软化温度和半球温度；Ai和Bi分别表示灰四种特征温度与总矿物质因子拟合所得直线的斜率和截距。
2.根据权利要求1所述的一种预测含碳物质灰熔融温度的方法，其特征在于：所述含碳物质为煤、生物质、工业废弃物中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的一种预测含碳物质灰熔融温度的方法，其特征在于：步骤（3）中3-8种主要氧化物的质量为灰总质量的85%以上。
4.根据权利要求1或2所述的一种预测含碳物质灰熔融温度的方法，其特征在于：步骤（6）中，以总矿物因子MF为横坐标，以灰熔融温度为纵坐标，采用最小二乘法进行线性拟合，得到灰熔融温度与总矿物因子之间的关联式。
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