羅彬彬，劉曉川

(長沙開元儀器有限公司，湖南 長沙 410100)

0 前 言

煤灰熔融特性是判斷煤灰結(jié)渣程度的重要參數(shù)，也是指導(dǎo)工業(yè)鍋爐和窯爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要參數(shù)之一[1-7]，爐內(nèi)結(jié)渣影響鍋爐的高效、安全運(yùn)行[7-10]。因此，研究煤灰熔融特性對(duì)動(dòng)力煤的有效利用具有重要意義。

目前GB/T 219《煤灰熔融性的測定方法》中規(guī)定的灰錐形狀為三角錐[11，12]，隨著實(shí)驗(yàn)室智能化驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)煤灰熔融測試儀的智能化程度提出了新的需求。三角錐制作繁瑣，且錐尖易斷裂，不利于自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。由于圓柱形灰錐制作簡易且易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因而ISO 540標(biāo)準(zhǔn)、CEN/TS 15370等提出了圓柱形灰錐的制作。以下將針對(duì)三角錐及圓柱形灰錐之間的差異進(jìn)行分析，尋找兩者之間的共同點(diǎn)。

1 標(biāo)準(zhǔn)解讀

GB/T 219規(guī)定灰錐的形狀為三角錐，高20 mm、底為邊長7 mm的正三角型，錐體的一側(cè)面垂直于底面。國標(biāo)中的灰錐熔融特性如圖1所示[13]。

圖1 國標(biāo)灰錐熔融特性

由圖1可知，其中變形溫度為灰錐尖端或棱開始變圓或彎曲時(shí)的溫度，軟化溫度為灰錐彎曲至錐尖觸及托板或灰錐變成球形時(shí)的溫度，半球溫度為灰錐形變至近似半球形(即高約等于底長一半時(shí))的溫度；流動(dòng)溫度為灰錐熔化展開成高度在1.5 mm以下的薄層時(shí)的溫度[13]。

ISO 540標(biāo)準(zhǔn)可接受多種規(guī)格的灰錐形狀，其中圓柱形規(guī)定高度和底面直徑相同，為3 mm～7 mm。ISO標(biāo)準(zhǔn)中的灰錐熔融特性如圖2所示。

圖2 ISO標(biāo)準(zhǔn)灰錐熔融特性

由圖2可知，其中變形溫度為頂部棱開始變圓時(shí)的溫度，軟化溫度為高度不變且棱完全變圓時(shí)的溫度，半球溫度為近似半球形且高度等于底寬1/2時(shí)的溫度，流動(dòng)溫度為試樣快展開成一薄層且高度等于原始高度1/3時(shí)的溫度。

CEN/TS 15370標(biāo)準(zhǔn)和ISO標(biāo)準(zhǔn)相同，制作的灰錐同為圓柱形灰錐，但CEN/TS 15370規(guī)定其灰錐高度為3 mm～5 mm。另外，CEN/TS 15370對(duì)灰錐的判斷依據(jù)也較ISO 540標(biāo)準(zhǔn)有稍許差異。

2 測試方法

2.1 測試平臺(tái)

測試儀器選擇5E-AF4115智能灰熔融性測試儀，該儀器1次可測試15個(gè)灰錐樣品，兼容GB/T 219標(biāo)準(zhǔn)、ISO 540標(biāo)準(zhǔn)、CEN/TS 15370標(biāo)準(zhǔn)等，兼容三角錐和圓柱形灰錐圖像，且從常溫到1 600 ℃均能對(duì)2種灰錐進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。

5E-AF4115灰錐托板如圖3所示。

圖3 5E-AF4115灰錐托板

2.2 測試方法簡述

按照GB/T 219標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行三角錐的測試，按照ISO 540標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓柱形灰錐測試。采用規(guī)格為AF4115FB-01的生物質(zhì)灰錐模具，該模具可同時(shí)制作4個(gè)圓柱形灰錐，制作效率較傳統(tǒng)三角錐模具提升4倍以上。

3 結(jié)果比對(duì)

3.1 氧化性氣氛測試

應(yīng)用通空氣法在氧化性氣氛下對(duì)煤灰熔融性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW11124e、GBW11125d以及4個(gè)生產(chǎn)樣的DT、ST、HT、FT的4個(gè)特征溫度進(jìn)行測定，每個(gè)樣品重復(fù)測定4次，其平均結(jié)果見表1。

表1 煤灰測定結(jié)果(表格均為4次平均值) ℃

由表1可知，GBW11124e在氧化性氣氛條件下，4個(gè)特征溫度分別為(1 300±12)℃、(1 321±13)℃、(1 329±16)℃、(1 345±15)℃。GBW11125 d在氧化性氣氛條件下，4個(gè)特征溫度分別為(1 310±26)℃、(1 388±13)℃、(1 433±19)℃、>1 500 ℃。2種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的4個(gè)特征溫度的測定值均在認(rèn)定值的不確定度范圍內(nèi)，表明儀器的測定值與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的認(rèn)定值一致性良好。

另外，按照ISO 540標(biāo)準(zhǔn)，軟化、半球、流動(dòng)溫度結(jié)果與GB/T 219標(biāo)準(zhǔn)方法的測定結(jié)果間無顯著性差異。 變形溫度從趨勢(shì)上來看，ISO 540稍微偏高，但差異不顯著。

3.2 弱還原性氣氛測試

往爐膛通入CO和CO2混合氣體(氣體比例為180 mL∶120 mL)，對(duì)煤灰熔融性標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW11124e、GBW11125d、以及4個(gè)生產(chǎn)樣的DT、ST、HT、FT的4個(gè)特征溫度進(jìn)行測定，每個(gè)樣品重復(fù)測定4次，其平均結(jié)果見表2。

表2 煤灰測定結(jié)果(表格均為4次平均值)

由表2可知，GBW11124e在弱還原性氣氛條件下，其4個(gè)特征溫度分別為(1 131±20)℃、(1 187±21)℃、(1 213±19)℃、(1 238±18)℃。GBW11125d在弱還原性氣氛條件下，4個(gè)特征溫度分別為(1 221±25)℃、(1 314±14)℃、(1 340±18)℃、(1 430±25)℃。 2種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的4個(gè)特征溫度的測定值均在認(rèn)定值的不確定度范圍內(nèi)，表明儀器內(nèi)部氣氛良好。

另外，按照ISO 540標(biāo)準(zhǔn)，軟化、半球、流動(dòng)溫度結(jié)果與GB/T 219標(biāo)準(zhǔn)方法的測定結(jié)果間無顯著性差異。 從趨勢(shì)上分析變形溫度，ISO 540的測定值稍偏高，但差異不顯著。

4 總 結(jié)

通過對(duì)氧化性氣氛及弱還原性氣氛進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)GB/T 219及ISO 540標(biāo)準(zhǔn)之間的2種規(guī)格灰錐的測試結(jié)果差異不顯著，準(zhǔn)確度符合要求，且均在國標(biāo)規(guī)定的精密度范圍內(nèi)。

分析灰錐的制作效率可知，圓柱形灰錐測試效率明顯高于傳統(tǒng)的三角錐，且易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化制作。建議將ISO 540及CEN/TS 15370標(biāo)準(zhǔn)中認(rèn)可的圓柱形灰錐推廣至GB/T 219未來修訂的版本中，此舉具有理論上的支撐且有一定的可行性。