|
煤炭氣化工藝是將固體的煤最大限度地加工成為氣體燃料的過程。為了使氣化過程順利進行、氣化反應完全，并滿足不同氣化工藝過程與氣化爐對煤質的不同要求，通常需要測定煤的反應性、機械強度、熱穩(wěn)定性、結渣性、灰熔點和灰粘度等指標，并把上述各指標一起作為氣化用煤的質量指標。
（一）煤的反應性
煤的反應性又稱煤的化學活性，指在一定溫度條件下煤與不同氣體介質（如二氧化碳、氧、水蒸氣等）發(fā)生化學反應的能力。反應性強的煤在氣化和燃燒過程中反應速度快、效率高。尤其對采用沸騰床和氣流床等高效的新型氣化技術，煤的反應性強弱直接影響到煤在氣化爐中反應的快慢、完成程度、耗煤量、耗氧量及煤氣中的有效成分等。高反應性的煤可以在生產能力基本穩(wěn)定的情況下，使氣化爐可以在較低溫度下操作，從而避免灰分結渣和破壞煤的氣化過程。在流化燃燒新技術中，煤的反應性強弱與其燃燒速度也有密切關系。因此，反應性是煤氣化和燃燒的重要特性指標。
測定煤反應性的方法和表示方式很多，目前中國多采用的方法是測定煤在高溫（900℃）下干餾后的焦渣還原CO2的能力，以
CO2的還原率表示煤對二氧化碳的化學反應性（GB220).
將CO2的還原率（a,％）與相應的測定溫度繪成曲線，如圖所示。
圖中煤的反應性隨反應溫度的升高而增強，各種煤的反應性隨煤化度的加深而減弱。因為碳和CO2反應不僅在燃料的外表面進
行，而且也在燃料內部微細孔隙的毛細管壁上進行，孔隙率愈高，反應的表面積愈大。不同煤化度煤及其干餾所得殘?zhí)炕蚪固康臍饪茁?、化學結構不同，因此其反應性不同。褐煤的反應性最強，但當溫度較高（(900℃以上）時，反應性增高減慢。無煙煤的反應性最弱，但在較高溫度時，隨溫度升高其反應性顯著增強。煤的灰分組成與數(shù)量對其反應性也有明顯的影響。堿金屬和堿土金屬對碳與CO2的反應起著催化作用，使煤、焦的反應性提高并降低焦炭反應后強度。
（二）煤的機械強度
煤的機械強度指煤對外力作用時的抵抗能力，包括煤的抗碎強度、耐磨強度和抗壓強度等物理性質。試驗方法有落下試驗法、轉鼓試驗法，耐壓試驗法等。應用比較廣泛的是落下試驗法。
落下試驗法是根據(jù)煤塊在運輸、裝卸和入爐過程中落下和互相撞擊而破碎等特點擬定的。落下試樣方法有兩種。一種是鐵箱落下試驗，方法是用60～100mm的塊煤25Kg，放在特制的活底鐵箱中。在離地2m高處讓煤樣從帶活門的箱底自由落到地面的鋼板上，用25mm方孔篩篩分，將大于25mm的煤樣再進行落下和篩分，重復三次后稱出大于25mm的煤樣的質量G1.以G1占原來煤樣質量的百分率作為煤炭的落下強度。
另一種落下試驗是10塊試驗法。用10塊60～100mm的煤樣，逐一從2m高自由落下到15mm厚的鋼板上。
以上兩種落下試驗的結果是一致的，完全可以互相比較并能滿足生產要求。其中鐵箱落下試驗精確些而10塊試驗法則簡單易行。用落下試驗鑒定煤的機械強度的分級標準如表所示。
多數(shù)情況下要求氣化和燃燒用煤為均勻的塊煤。機械強度低的煤投入氣化爐時容易碎成小塊和粉末，從而使料柱透氣性變差影響氣化爐的正常操作。
煤的機械強度與煤化度、煤巖組成、礦物質含量以及風化等因素有關。高煤化度和低煤化度煤的機械強度較大，而中等煤化度的肥煤、焦煤機械強度最小。宏觀煤巖成分中絲炭的機械強度最小，鏡煤次之，暗煤最堅韌。礦物質含量高的煤機械強度較大。煤經(jīng)風化后機械強度將降低。
中國大多數(shù)無煙煤的機械強度好，一般為60%~-92%。但也有一些煤成片狀、粒狀，煤質松軟機械強度差，一般為40%～20%、甚至20％以下。
（三）煤的熱穩(wěn)定性
煤的熱穩(wěn)定性是指塊煤在高溫氣化或燃燒過程中對熱的穩(wěn)定程度，即塊煤在高溫作用下保持其原有粒度的能力。熱穩(wěn)定性好的煤在氣化或燃燒過程中能保持原來的粒度，而不碎成小塊或破碎較少；熱穩(wěn)定性差的煤則在氣化或M燒時迅速爆裂成小塊或煤粉。輕則爐內結渣，增加爐內阻力和帶出物，降低氣化或燃燒效率，重則破壞整個氣化過程，甚至造成停爐事故。因此，塊煤氣化或燃燒要求煤有足夠的熱穩(wěn)定性。
各種氣化爐和工業(yè)鍋爐對煤的粒度有不同的要求，因此測定煤熱穩(wěn)定性的方法也有所不同，但最常用的是6～13mm級塊煤熱穩(wěn)
定性的測定方法（GB 1573 ).該法取6～13mm粒度的煤樣約500cm3，稱其質量并裝入5個100mL的柑堝中。在900士15℃的箱形電爐中加熱30min后取出冷卻、稱重、篩分，所得大于6mm的殘焦占各級殘焦質量之和的百分數(shù)為熱穩(wěn)定性指標TS十6。所得6～3mm及小
于3mm的殘焦質量的百分數(shù)為熱穩(wěn)定性的輔助指標：TS3～6, TS-3。若TS+6指標數(shù)值越大，表明其熱穩(wěn)定性愈好。
中國目前尚無統(tǒng)一的以TS+6來劃分煤的熱穩(wěn)定性級別。
（四）煤的結渣性
煤的結渣性實際上是指煤中礦物質在高溫燃燒或氣化過程中，煤灰軟化、熔融而結渣的性能。在氣化過程中煤灰的結渣會影響正常操作，降低氣化效率，結渣嚴重時將會導致停產。因此，必須選擇不易結渣或只輕度結渣的煤炭作為氣化原料。由于煤灰熔點并不能完全反映煤在氣化爐中的結渣情況，因而要用煤的結渣性來判斷氣化過程中煤灰結渣的難易程度。
煤的結渣性的測定方法（GB 1572）是將3～6mm粒度的煤樣裝入特制的氣化裝置中，用同樣粒度的木炭引燃。以空氣作為氣化介質，在三種不同的鼓風強度下使試樣氣化（燃燒）。待試樣燃盡熄滅后停止鼓風，取出灰渣稱量，經(jīng)過篩分后測定其中大于6mm灰渣質量占灰渣總質量的百分數(shù)作為結渣性指標。煤的結渣性與煤中礦物質含量和組成有關。礦物質高的煤較易結渣，礦物質中鈣、
鐵等低熔點氧化物容易結渣，而SiO2, A12O3等高熔點氧化物含量高則不易結渣。
（五）煤灰的熔融性和灰粘度
煤灰是煤中礦物質燃燒后生成的各種金屬和非金屬氧化物以及硫酸鹽等復雜的混合物，它們沒有一個固定的熔化溫度，而只是一個較寬的熔化溫度范圍。并且這些煤灰成分在一定溫度下能形成共熔體，這種共熔體在熔化狀態(tài)時有熔解煤灰中其它高熔點物質的能力，并改變了熔體成分和熔化溫度。但煤灰的這種熔融特性習慣上仍稱為煤灰熔點。
煤灰的熔融性取決于煤灰的組成。煤灰成分十分復雜，主要有：SiO2, A12O3,Fe2O3, CaO, MgO和SO3等。煤灰主要成分的含量波
動很大，根據(jù)煤灰成分可以大致推測煤中礦物質的組成，初步判斷灰熔點的高低。一般情況下煤灰中A12O3和SiO2：含量的比例愈
大，其熔化溫度愈高；而Fe2O3、CaO和MgO等堿性成分的比例愈大，則熔化溫度較低。煤灰熔點也可根據(jù)其組成用經(jīng)驗公式進行計
算，這里不作介紹。
煤灰熔點是氣化與燃燒用煤的一個重要工藝指標，對于固體排渣的氣化爐或鍋爐，結渣是生產中的一個嚴重問題。灰熔點低的煤容易結渣，將降低氣化爐煤氣的質量或給鍋爐燃燒帶來困難、影響正常操作，甚至造成停爐事故。因此，對這類氣化爐與鍋爐應使用灰熔點高的原料煤。但對液態(tài)排渣的氣化爐或鍋爐，則希望原料煤的灰熔點低，熔融灰渣的粘度小，流動性好并且對耐火材料或金屬無腐蝕作用。
測定煤灰熔融性常用方法是角錐法（GB219).測定方法是將煤灰與糊精混勻后在模中制成一定尺寸的三角錐體，將三角錐體放入灰熔點測定爐中在一定的氣氛下、以一定的加熱速度升溫，觀察灰錐在受熱過程中的形態(tài)變化，確定它的三個特征熔融溫度：變形溫
度DT(t1)，軟化溫度ST (t2）和熔化溫度FT (t3),灰錐熔融特征如上圖所示。當灰錐受熱后尖端開始熔化，開始彎曲或變圓時，該
溫度即為變形溫度DT (t1)；當繼續(xù)加熱錐尖彎曲至觸及托板，或變成球形，或變成高度小于等于底長的半球形時，此時的溫度為軟化溫度ST (t2)；當灰錐完全熔化、有較大流動性展開成薄層（≤1.5mm）時，此時溫度為流動溫度FT(t3). t1～t2是煤灰的軟化范
圍，t2～t3是煤灰的熔化范圍。工業(yè)上一般選軟化溫度DT (t2）作為衡量煤灰熔融性的主要指標。按照煤灰熔融溫度的高低可將煤灰
分為四種類型（如表1-7所示）?；胰埸c測試時的氣氛對結果有影響，一般應模擬工業(yè)條件在弱還原性氣氛中進行。
表1—7 灰熔點分級
煤灰粘度是指煤灰在高溫熔融狀態(tài)下流動時的內摩擦系數(shù)。煤灰在高溫下達到FT (t3）后即呈流體，整個流體可假設由多層組
成。煤灰流動時兩個相動的液層之間存在相互作用的內摩擦，其摩擦系數(shù)即為煤灰粘度η。煤灰粘度可用牛頓摩擦定律推算。可應用鋼絲扭矩式粘度計測定煤灰的粘度。煤灰的動力粘度單位是帕斯卡·秒（Pa·s)或泊（P); 1P=0.1Pa·s；泊（P）即面積為1cm2 | 
