高姍姍，金晶，劉敦禹，王永貞，姚宇翔，寇學(xué)森

（上海理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，上海 200093）

蛭石復(fù)合添加劑對準(zhǔn)東煤灰特性影響

高姍姍，金晶，劉敦禹，王永貞，姚宇翔，寇學(xué)森

（上海理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，上海 200093）

采用高溫?zé)崤_顯微鏡和X射線衍射分析（XRD）相結(jié)合的方法，研究了蛭石復(fù)合添加劑對準(zhǔn)東煤灰膨脹特性以及準(zhǔn)東煤灰內(nèi)礦物組分隨溫度的演變規(guī)律，分析了蛭石復(fù)合添加劑對準(zhǔn)東煤結(jié)渣特性的影響。結(jié)果表明，蛭石復(fù)合添加劑可改變準(zhǔn)東煤灰的膨脹率，使得灰渣變得疏松多孔且質(zhì)地較脆，極易自然脫落或通過吹灰方式除去，蛭石復(fù)合添加劑添加量越大，煤灰膨脹率越高；蛭石復(fù)合添加劑對準(zhǔn)東煤灰軟化溫度的影響較小，添加量小于5%時軟化溫度基本不變，繼續(xù)增加添加量后煤灰軟化溫度將明顯降低，建議采用5%的添加量；高溫下準(zhǔn)東煤灰中主要以鈣鋁黃長石、鎂黃長石和黃長石為主，隨著加熱時間增加鈣鋁黃長石及鎂黃長石向灰熔點較高的黃長石轉(zhuǎn)化，而加入蛭石復(fù)合添加劑后高溫下部分鈣鋁黃長石及鎂黃長石會向灰熔點相對較低的透輝石轉(zhuǎn)變。

準(zhǔn)東煤；蛭石復(fù)合添加劑；灰成分；熔融特性；膨脹特性

新疆準(zhǔn)東煤田是我國最大的整裝煤田，預(yù)測總量達(dá)2.19萬億噸，占中國預(yù)測煤炭資源總量的40%，位居各省首位[1]。新疆地區(qū)如此大的煤炭儲量無疑將很大程度上解決我國能源緊缺的狀況。準(zhǔn)東煤田為海洋性沉積型煤田，煤的原生礦物中含有大量Na、Ca，其含量遠(yuǎn)高于現(xiàn)有已知動力用煤中相應(yīng)元素的含量[2]。高鈉高鈣含量造成了準(zhǔn)東煤的高結(jié)焦性、嚴(yán)重沾污性[3]，極大限制其在電站鍋爐中的大規(guī)模應(yīng)用。在準(zhǔn)東煤中摻燒添加劑是緩解準(zhǔn)東煤結(jié)渣積灰問題行之有效的方法。目前，研究較多的是硅鋁型添加劑。沈銘科等[4]選擇常見的黏土礦物高嶺土作為準(zhǔn)東煤添加劑摻燒，研究結(jié)果表明，固鈉率隨高嶺土摻混比例增加逐漸增大；煤灰熔點隨摻混比例增加先減小后增加。王學(xué)斌等[5]研究了SiO2添加物對準(zhǔn)東煤中堿金屬賦存形態(tài)及遷移特性的影響，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)東煤中的Na釋放率隨著SiO2摻混比例的提高顯著降低，SiO2可以抑制堿金屬蒸氣的釋放，從而緩解受熱面結(jié)焦。YAO等[6]發(fā)現(xiàn)蛭石復(fù)合添加劑是一種抗結(jié)渣性能優(yōu)良的添加劑。該研究表明蛭石復(fù)合添加劑不但具有一定的固鈉作用，而且蛭石復(fù)合添加劑的加入使灰渣疏松多孔，易于清除。耿曼等[7]發(fā)現(xiàn)蛭石復(fù)合添加劑具有較強的吸附氣體的能力，且熱穩(wěn)定性好可緩解固硫劑的燒結(jié)，因此可以提高固硫率。

本文作者課題組在一維爐上的實驗表明，蛭石復(fù)合添加劑具有較好的抗結(jié)渣效果[6]，但對其抗結(jié)渣機理尚未深入揭示。本文擬采用高溫?zé)崤_顯微鏡從準(zhǔn)東煤、蛭石復(fù)合添加劑及其混合物的膨脹特性角度進(jìn)行實驗研究；并采用X射線衍射分析儀對礦物的演變機制進(jìn)行分析，以期進(jìn)一步探究蛭石復(fù)合添加劑的抗結(jié)渣機理，為實際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 煤質(zhì)分析及試樣制備

實驗選取典型的新疆沙爾湖高鈉煤，實驗樣品成分分析見表1、表2。由表1、表2可知，該煤種鈉和鈣含量較高，硅鋁含量相對較少，低灰低硫，具有準(zhǔn)東地區(qū)煤種的普遍特性。煤的灰成分是影響其熔融和結(jié)渣特性的一個關(guān)鍵指標(biāo)，準(zhǔn)東煤結(jié)渣嚴(yán)重的一個重要原因就是煤中鈉元素含量較高。過高的灰化溫度會使得煤灰中的金屬鈉大量揮發(fā)出去，影響后續(xù)添加劑對準(zhǔn)東煤灰熔融特性的研究，因而本實驗采用550℃低溫制灰，制灰步驟如下：從常溫開始經(jīng)60min 升溫至250℃后停留60min，然后再經(jīng)100min升溫至550℃，保溫360min。本文作者課題組在一維爐上的實驗表明，結(jié)渣片上黏附最多的是100μm尺寸的蛭石復(fù)合添加劑，因而本實驗選用添加140～160目主要成分為蛭石（產(chǎn)自新疆）的復(fù)合添加劑。以煤基為基準(zhǔn)，蛭石復(fù)合添加劑的添加比例為3%、5%、10%和15%。摻混方法為先將原煤灰放入瑪瑙研磨器中研磨，直至沒有顆粒質(zhì)感為止，再將一定比例的蛭石復(fù)合添加劑添入，輕輕研磨10min，使得煤灰與蛭石復(fù)合添加劑充分混合。

1.2 實驗儀器及實驗方法

實驗采用島津國際貿(mào)易公司生產(chǎn)的XRD-6100型X射線衍射儀對燃燒產(chǎn)物進(jìn)行物相分析。2θ角的范圍10°～80°，X射線管陽極為銅靶。實驗采用Misura 3 HSML高溫?zé)犸@微鏡來測試灰的膨脹特性和特征溫度。將灰樣放入小型制樣器中壓成3mm×3mm的灰柱，實驗氣氛為空氣，以8℃/min的速率從室溫開始加熱，直至灰柱完全熔融，溫度每升高一度采集一張灰柱圖像。

2 結(jié)果與討論

2.1 蛭石復(fù)合添加劑膨脹特性分析

蛭石復(fù)合添加劑是一種復(fù)雜的含水鎂硅鋁酸鹽的礦物，它的一個特殊熱性質(zhì)就是能夠受熱膨脹，在加熱時,晶片邊緣與晶層中間的水分蒸發(fā)速度不一致，在水蒸氣壓力的作用下蛭石復(fù)合添加劑內(nèi)部的封閉空間形成多孔膨脹結(jié)構(gòu)，晶片在垂直解理方向剝裂，質(zhì)地較脆，易清除。圖1為高溫?zé)犸@微鏡測得的大于200目添加劑柱隨溫度升高面積變化百分比圖。由圖1可知，蛭石復(fù)合添加劑的最佳膨脹溫度在850℃左右，1130℃之前添加劑具有很好的膨脹性，之后隨著溫度升高添加劑柱面積基本不再發(fā)生變化，1250℃后添加劑柱發(fā)生收縮，進(jìn)入燒結(jié)熔融階段。綜上可知，蛭石復(fù)合添加劑具有較好的熱穩(wěn)定性和膨脹性，是一種很有應(yīng)用前景的可改善煤灰梳密度的添加劑。

表1 沙爾湖煤的工業(yè)分析及元素分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

表2 沙爾湖煤的灰成分及蛭石復(fù)合添加劑的成分分析（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

圖1 高溫?zé)犸@微鏡下＞200目蛭石復(fù)合添加劑的柱面積變化百分比圖

2.2 蛭石復(fù)合添加劑對準(zhǔn)東煤灰膨脹特性的影響

高溫?zé)犸@微鏡可直觀準(zhǔn)確地觀察與記錄灰柱在加熱過程中的形態(tài)變化。圖2為添加不同比例蛭石復(fù)合添加劑后灰柱高度變化及高度收縮率曲線圖。由圖2可知，隨著溫度升高，添加不同比例蛭石復(fù)合添加劑后灰柱都經(jīng)歷了未受溫度影響階段、燒結(jié)階段、膨脹階段以及加速熔融階段這4個特殊區(qū)域，而原煤灰樣未經(jīng)歷膨脹階段。這里所說的未受溫度影響指的是化學(xué)方面的特性，即灰柱內(nèi)部沒有產(chǎn)生熔融的物質(zhì)。從圖2可以看出，1130℃之前，隨著蛭石添加比例的增加，灰柱膨脹性越好，灰質(zhì)越松散，易于清除。圖3為添加不同比例蛭石復(fù)合添加劑后灰柱的外觀特征圖。從圖3也可以看出，1150℃之前各灰柱均沒有黏結(jié)在陶瓷片上。當(dāng)溫度達(dá)到1130℃左右時，不同添加量灰柱的膨脹率基本相同，繼續(xù)增加蛭石復(fù)合添加劑添加比例已不能明顯提高煤灰膨脹率，但是灰柱的體積還是較原煤灰的大，1200℃時原煤灰柱和加入不同比例蛭石復(fù)合添加劑后的灰柱高度基本一致，之后隨著溫度繼續(xù)升高，加入蛭石復(fù)合添加劑后的灰柱高度要小于原煤灰柱，說明溫度超過1200℃后蛭石復(fù)合添加劑改變煤灰物理疏密性方面將不具優(yōu)勢。

圖2 550℃灰添加不同比例蛭石復(fù)合添加劑后灰柱高度變化及高度收縮率曲線

圖3 添加不同比例添加劑后灰柱的外觀特征圖

由圖2可知，由于添加劑特殊的物理膨脹性，混合灰柱在400℃左右就開始發(fā)生膨脹，最佳膨脹溫度發(fā)生在750℃左右，要比純添加劑的最佳膨脹溫度低近100℃左右，這可能是因為煤灰內(nèi)復(fù)雜的礦物成分影響了其物理膨脹特性。未受溫度變化影響階段范圍內(nèi)灰柱內(nèi)顆粒處于離散化狀態(tài)，相鄰顆粒之間未發(fā)生黏結(jié)，從圖3(a)可看出，750℃時加入蛭石復(fù)合添加劑后的灰柱變得疏松多孔且質(zhì)地較脆，在重力作用或受到輕微震動時即可發(fā)生脫落，極易清除。在最佳膨脹溫度之后繼續(xù)升高溫度灰柱高度開始略有下降，約900℃左右灰柱高度不再發(fā)生變化直至進(jìn)入燒結(jié)階段。燒結(jié)指的是在過量表面能的作用下，相鄰的粉狀顆粒之間發(fā)生黏結(jié)過程[8]，這是一個自發(fā)且不可逆的過程，在系統(tǒng)表面自由能的驅(qū)動下，原來高能量的固氣界面逐步消除形成新的低能量的固固界面[9-10]，在此過程中空洞變得圓滑并收縮因而使得灰柱變得致密化，灰柱高度持續(xù)下降。與添加劑添加量為3%、5%和10%的灰柱不同，添加15%蛭石復(fù)合添加劑的灰柱在燒結(jié)階段之后又發(fā)生了膨脹，進(jìn)入膨脹階段，煤灰內(nèi)顆粒及顆粒之間氣體的熱膨脹都會使得灰柱高度增加[11-12]，處于膨脹階段的煤灰內(nèi)部含有大量的孔洞，大量孔隙的存在使得煤灰的強度降低，易于通過吹灰器除掉[13-14]。

圖4中對比了測試反應(yīng)終止時（灰柱達(dá)到流動溫度后繼續(xù)程控升溫10℃后停止測試）各混合灰柱的高度，由此可看出灰柱的相對黏度大小，高度越大，黏度相對越大。從圖4可以看出，隨著蛭石復(fù)合添加劑添加量增加，混合灰柱高度先緩慢增加后快速增加，添加量為5%和10%時灰柱高度基本一致，分別為28.20%和28.75%，當(dāng)添加劑添加量增大到15%時灰柱高度驟增至44.40%。蛭石復(fù)合添加劑添加量越大，灰柱高度越大說明內(nèi)部空隙越多。

圖4 測試結(jié)束時混合灰柱高度對比圖

煤灰軟化溫度Ts作為判斷煤灰結(jié)渣判別的重要指標(biāo)，其準(zhǔn)確性高達(dá)80%[15]。本實驗所用的Misura 3 HSML熱臺顯微鏡可自動檢測樣品的特征溫度，由于蛭石復(fù)合添加劑的膨脹等特性，使得ISO 540標(biāo)準(zhǔn)中變形溫度和半球溫度的評判標(biāo)準(zhǔn)不適應(yīng)于本實驗灰柱。根據(jù)ISO 540標(biāo)準(zhǔn)，摻混不同比例蛭石后準(zhǔn)東煤灰軟化溫度和流動溫度見表3，由表3可知，當(dāng)蛭石復(fù)合添加劑添加量小于5%時，準(zhǔn)東煤灰軟化溫度基本未變，當(dāng)添加量繼續(xù)增加時，軟化溫度有所下降。與軟化溫度相比，蛭石添加量對流動溫度的影響相對較大，隨著蛭石添加量的增加煤灰軟化溫度先降低后升高，蛭石添加量為10%時流動溫度最低，與原煤灰相比降低了95℃。

表3 摻混不同比例蛭石后準(zhǔn)東煤灰軟化溫度的軟化溫度

綜合考慮不同蛭石復(fù)合添加劑下各工況的黏度和軟化溫度，建議采用5%的添加量。

2.3 蛭石復(fù)合添加劑對煤灰物相組分的影響

為確定灰樣在不同溫度下的礦物組分變化，采用XRD對550℃、650℃、750℃、850℃、950℃、1050℃、1150℃和1250℃下的灰樣進(jìn)行組分分析，準(zhǔn)東純煤灰實驗中的蛭石復(fù)合添加劑不同摻燒比例下灰成分XRD圖譜如圖5所示。對于同一種礦物質(zhì)而言，其衍射峰的強度與該礦物質(zhì)的量成正比，通過對比衍射峰的相對強度即可知道煤灰中各物質(zhì)量的相對變化情況。

圖5 不同溫度下準(zhǔn)東煤純灰樣XRD圖譜

對比各溫度下煤灰礦物成分可以總結(jié)出含鈉礦物和含鈣礦物的演變過程。由圖5可知，低溫灰中含鈉礦物主要是NaCl，說明煤中無機鈉主要以NaCl形式析出。堿金屬氧化物和其他氧化物形成低溫共熔物的溫度基本都在800℃以上，低于此溫度時認(rèn)為煤種礦物之間幾乎沒有發(fā)生生成復(fù)雜化合物的反應(yīng)[16-17]，而750℃時NaCl的衍射峰明顯下降，說明此溫度下NaCl大量揮發(fā)，950℃時已檢測不到NaCl衍射峰。賈明生等[18]研究表明，從800℃開始，煤中Na、K與其他物質(zhì)反應(yīng)生成低熔點堿金屬硅鋁酸鹽，此時煤中的鈉除了以NaCl形式揮發(fā)出去，還有部分鈉轉(zhuǎn)移到了鈉長石NaAlSi3O8和(Ca,Na,K,Mg)(Si,Al)6O12中，1150℃時已經(jīng)開始熔融，1250℃已檢測不到其衍射峰。650℃時CaCO3開始分解[19]，發(fā)生了如下反應(yīng)：CaCO3—→CaO+CO2(g)。隨著溫度升高，750℃時灰樣中的CaO與Al2O3反應(yīng)生成七鋁酸十二鈣Ca12Al14O33，七鋁酸十二鈣在高溫下性質(zhì)不穩(wěn)定，950℃時七鋁酸十二鈣Ca12Al14O33開始分解，產(chǎn)生的CaO和Al2O3與灰中的SiO2反應(yīng)生成大量的鈣鋁黃長石Ca2Al2SiO7，1050℃時硬石膏CaSO4發(fā)生分解[20]，大量的CaO與灰中的SiO2以及游離態(tài)的MgO發(fā)生反應(yīng)生成大量的鎂黃長石Ca2MgSi2O7，但是高溫下鈣鋁黃長石和鎂黃長石共存時兩者都變得不穩(wěn)定，相互反應(yīng)生成黃長石Ca4Al2MgSi3O14，黃長石生成速率要小于鎂黃長石。然后隨著溫度升高鈣鋁黃長石和鎂黃長石的衍射峰高度逐漸降低，而黃長石的含量則逐漸增加。

由圖6(a)可知，650℃時添加3%蛭石復(fù)合添加劑灰灰樣的主要成分是NaCl、SiO2和蛭石復(fù)合添加劑。隨著溫度升高，添加不同比例蛭石復(fù)合添加劑后的灰樣內(nèi)部礦物質(zhì)之間開始發(fā)生反應(yīng)，950℃之前灰內(nèi)礦物物相變化和純煤灰基本相同，950℃灰中添加劑衍射峰強度迅速降低，至1050℃完全消失，這是因為950℃時添加劑開始逐步分解生成MgO，MgO與灰中的SiO2反應(yīng)生成蛇紋石3MgO·2SiO2·2H2O，灰中的Na除了生成霞石(K,Na)AlSiO4外，還部分轉(zhuǎn)移到添加劑中，生成韭閃石NaCa2Mg4Al(Si6Al2)O22(OH)2，1150℃時含鈉礦物衍射峰強度略有降低，開始發(fā)生熔融變化。YAO等[6]發(fā)現(xiàn)添加劑具有一定的固鈉效果，但含鈉礦物的熔點一般較低，1250℃時霞石與韭閃石完全熔融，因而添加蛭石復(fù)合添加劑后煤灰熔點會有所。煤灰中蛇紋石3MgO·2SiO2·2H2O性質(zhì)較不穩(wěn)定，1050℃時硬石膏CaSO4發(fā)生分解，大量的CaO與灰中的SiO2以及游離態(tài)的MgO發(fā)生反應(yīng)生成大量的鎂黃長石Ca2MgSi2O7，鈣鋁黃長石和鎂黃長石相互反應(yīng)生成少量的黃長石Ca4Al2MgSi3O14，1150℃時鈣鋁黃長石Ca2Al2SiO7和鎂黃長石Ca2MgSi2O7的衍射強度達(dá)到最大，后隨著溫度升高，因灰中含有大量游離態(tài)的MgO，鈣鋁黃長石Ca2Al2SiO7和鎂黃長石Ca2MgSi2O7沒有繼續(xù)向高熔點的黃長石Ca4Al2MgSi3O14而是反應(yīng)生成了灰熔點較低的透輝石CaMgSi2O6，推測發(fā)生了如式(1)～式(4)的反應(yīng)。

1250℃時，灰中透輝石CaMgSi2O6為主要礦物質(zhì)并含有少量的黃長石Ca4Al2MgSi3O14，因加熱時間不夠長，煤灰中還存在少量的鈣鋁黃長石Ca2Al2SiO7、鎂黃長石Ca2MgSi2O7Ca4，若延長加熱時間鈣鋁黃長石和鎂黃長石將全部轉(zhuǎn)化為透輝石。

對比圖6(a)和圖6(b)的XRD衍射圖譜可知，添加3%添加劑灰樣和5%添加劑灰樣的XRD圖譜基本一致，但是圖2中可以看出，兩者的流動溫度卻存在較大差異，這可能是是灰中含鈉礦物含量的差異引起的，即添加劑添加量越大固鈉效果越好[6]。

對比圖6(a)和圖6(c)可知，在850℃時添加量3%的添加劑灰樣在此溫度下NaCl還是主要物質(zhì)，添加劑添加量為10%的灰樣已經(jīng)基本檢測不到NaCl的衍射峰，這可能是因為灰中的蛭石復(fù)合添加劑吸附了NaCl顆粒[21]，950℃時也未檢測到礦物質(zhì)七鋁酸十二鈣Ca12Al14O33和CaSO4的衍射峰，說明添加劑也促進(jìn)了Ca12Al14O33和CaSO4的分解，Ca12Al14O33和CaSO4分解出的Al2O3和CaO與灰中的SiO2和添加劑分解出的MgO反應(yīng)生成大量的鈣鋁黃長石Ca2Al2SiO7和鎂黃長石Ca2MgSi2O7。1050℃時，灰中已經(jīng)沒有多余的CaO，蛇紋石3MgO·2SiO2·2H2O分解出的MgO和SiO2生成Mg2SiO4，因而灰中未生成黃長石Ca4Al2MgSi3O14。對比圖7(c) 1050℃和1150℃的XRD圖譜，除了含鈉礦物衍射峰強度略有降低外，其他二者基本一致，說明此溫度下含鈉礦物已開始熔融，其他物質(zhì)未發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)，灰中礦物質(zhì)主要為鈣鋁黃長石Ca2Al2SiO7、鎂黃長石Ca2MgSi2O7Ca4和Mg2SiO4以及少量的蛇紋石3MgO·2SiO2·2H2O和韭閃失NaCa2Mg4Al(Si6Al2)O22(OH)2。隨著溫度進(jìn)一步升高，蛇紋石和部分Mg2SiO4分解出大量的MgO，促進(jìn)了鈣鋁黃長石和鎂黃長石向透輝石CaMgSi2O6轉(zhuǎn)化，1250℃時灰中主要礦物質(zhì)只有透輝石CaMgSi2O6，此外還有少量的Mg2SiO4。

圖6 不同添加比例下灰樣XRD圖譜

對比圖6(c)和圖6(d)發(fā)現(xiàn)，添加劑添加量為10%的灰樣與添加量為15%的灰樣礦物成分基本相同，但由圖2中可知，二者的熔融和流動溫度都存在較大差異。蛭石復(fù)合添加劑添加量為15%的灰樣較蛭石復(fù)合添加劑添加量為10%的灰樣含有更多的含鈉礦物，因而軟化溫度較低；1250℃時添加15%添加劑的灰樣Mg2SiO4仍是主要礦物質(zhì)，使得灰的黏度較大，因而流動溫度較添加10%添加劑灰樣的也更高。

3 結(jié)論

（1）隨著蛭石復(fù)合添加劑添加比例增加，煤灰膨脹率增大，蛭石復(fù)合添加劑的摻燒使得灰渣變得疏松多孔且質(zhì)地較脆，極易通過吹灰方式除去；當(dāng)溫度達(dá)到1130℃左右時，不同添加量灰柱的膨脹率基本相同，繼續(xù)增加蛭石復(fù)合添加劑比例已不能明顯提高煤灰膨脹率，但是灰柱的體積還是較原煤灰的增大，1200℃之前通過蛭石復(fù)合添加劑的膨脹特性來改變煤灰的結(jié)渣特性效果顯著。

（2）摻燒蛭石復(fù)合添加劑對煤灰軟化溫度的影響較小，添加量小于5% 時煤灰軟化溫度基本不變；繼續(xù)加大添加量后，煤灰軟化溫度降低；綜合考慮認(rèn)為，蛭石復(fù)合添加劑的添加量取5%較好。

（3）準(zhǔn)東煤灰中主要以鈣鋁黃長石、鎂黃長石和黃長石為主，加入添加劑后鈣鋁黃長石及鎂黃長石會向灰熔點相對較低的透輝石轉(zhuǎn)變。

[1] 嚴(yán)陸光，夏訓(xùn)誠，呂紹勤，等. 大力推進(jìn)新疆大規(guī)模綜合能源基地的發(fā)展[J]. 電工電能新技術(shù)，2011，30（2）：1-4.YAN L G，XIA X C，LV S Q，et al. Great promotion of development of large scale integrative energy base in Xinjiang[J]. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy，2011，30（2）：1-4.

[2] DAI S F，REN D Y，CHOU C L，et al. Geochemistry of trace elements in Chinese coals：a review of abundances，genetic types，impacts on human health，and industrial utilization[J]. International Journal of Coal Grology，2012，94（s1）：3-21.

[3] 董明鋼. 高鈉煤對鍋爐受熱面結(jié)渣、沾污和腐蝕的影響及預(yù)防措施[J]. 熱力發(fā)電，2008（9）：35-39.DONG M G. Influence of high-sodium coal upon slagging，contamination，and corrosion on the heating surface of boilers[J].Thermal Power Generation，2008（9）：35-39.

[4] 沈銘科，邱坤贊，黃振宇，等. 準(zhǔn)東煤摻燒高嶺土對固鈉率及灰熔融特性影響研究[J]. 燃料化學(xué)學(xué)報，2015（9）：1044-1051.SHEN M K，QIU K Z，HUANG Z Y，et al. Influence of kaolin on sodium retention and fusion characteristic during combustion of Zhundong coal[J]. Journal of Fuel Chemistry and Technology，2015（9）：1044-1051.

[5] 王學(xué)斌，魏博，張利孟，等. 溫度和SiO2添加物對準(zhǔn)東煤中堿金屬的賦存形態(tài)及遷徙特性的影響[J]. 熱力發(fā)電，2014，43（8），84-88.WANG X B，WEI B， ZHANG L M，et al. Effect of temperature and silicon additives on occurrence and transformation characteristics of alkali metal in Zhundong coal[J]. Thermal Power Generation，2014，43（8），84-88.

[6] YAO Y X，JIN J，LIU D Y ，et al. Evaluation of vermiculite in reducing ash deposition during the combustion of high-calcium and high-sodium Zhundong coal in a drop-tube furnace[J]. Energy &Fuels，2016，30（4）：3488-3494.

[7] 耿曼，石林，徐穩(wěn)定，等. 蛭石作為燃煤固硫添加劑的實驗研究[J].非金屬礦，2006（4）：28-30.GENG M，SHI L，XU W D，et al. Experimental research on using vermiculite as coal-burning sulfur-fixed additive[J]. Non-Metallic Mines，2006（4）：28-30.

[8] AL-OTOOM A Y，W，ELLBRYANT G IOTT B J，et al. Experimental options for determining the temperature for the onset of sintering of coal ash[J]. Energy & Fuels，2000，14（1）：227-233.

[9] AL-OTOOM A Y，ELLIOTT B J，WALL T F，et al. Measurement of the sintering kinetics of coal ash[J]. Energy & Fuels，2000，14（5）：994-1001.

[10] 崔國文. 缺陷、擴(kuò)散與燒結(jié)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1990.CUI G W. Defect，diffusion and sinter[M]. Beijing：Tsinghua University Press，1990.

[11] ILIC M，CHEESEMAN C，SOLLARS C，et al. Mineralogy and microstructure of sintered lignite coal fly ash[J]. Fuel，2003，82（3）：331-6.

[12] LIN K L，CHIANG K Y，LIN D F. Effect of heating temperature on the sintering characteristics of sewage sludge ash[J]. Hazard Mater，2006，128（2/3）：175-181.

[13] PALCHIK V，HATZOR Y H. The influence of porosity on tensile and compressive strength of porous chalks[J]. Rock Mech. Rock Eng.，2004，37（4）：331-41.

[14] WACHTMAN J B，CANNON W R，MATTHEWSON M J.Mechanical properties of ceramics[M]. New York：Wiley，1996.

[15] 岑可法，周昊，池作和，等. 大型電站鍋爐安全及優(yōu)化運行技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2003.CEN K F，ZHOU H，CHI Z H，et al.Utility boiler safety and optimization technology[M]. Beijing：China Electric Power Press，2003：571-589.

[16] 李帆，邱建榮，鄭楚光，等. 混煤煤灰熔融特性及礦物形態(tài)的研究[J]. 工程熱物理學(xué)報，1998，19（1）：112-116.LI F，QIU J R，ZHENG C G，et al. The fusion characteristics and mineral species of blended coal ash[J]. Journal of Engineering Thermophysics，1998，19（1）：112-116.

[17] 李帆，邱建榮，鄭楚光，等. 混煤煤灰在加熱過程中礦物質(zhì)行為研究[J]. 燃料化學(xué)學(xué)報，1997，25（5）：400-403.LI F，QIU J R，ZHENG C G，et al. Study on behavior of minerals in blended coal ash during heating process[J]. Journal of Fuel Chemistry and Technology，1997，25（5）：400-403.

[18] 賈明生，張乾熙. 影響煤灰熔融性溫度的控制因素[J]. 煤化工，2007（3）：1-5.JIA M S，ZHANG Q X. Key factor and affecting fusion temperature of coal ash[J]. Coal Chemical Industry，2007（3）：1-5.

[19] Reifenstein A P，Kahraman H，Coin C，et al. Behaviour of selected minerals in an improved ash fusion test：quartz，potassium feldspar，sodium feldspar，kaolinite，illite，calcite，dolomite，siderite，pyrite and apatite[J]. Fuel，1999，78（12）：1449-1461.

[20] 張利孟，董信光，劉科，等. 高嶺土對準(zhǔn)東煤結(jié)渣特性及礦物質(zhì)演變的影響[J]. 燃料化學(xué)學(xué)報，2015，10（43）：1176-1181.ZHANG L M，DONG X G，LIU K，et al. Effect of kaolin on ash slagging and mineral conversion of Zhundong coal[J]. Journal of Fuel Chemistry and Technology，2015，10（43）：1176-1181.

[21] Dahlin R S，Dorminey J R，Peng W W，et al. Preventing ash agglomeration during gasification of high-sodium lignite[J]. Energy Fuels，2008，23（2）：785-793.

Effect of vermiculite composite additives on the anti-slagging behavior during combustion of Zhundong coal

GAO Shanshan，JIN Jing，LIU Dunyu，WANG Yongzhen，YAO Yuxiang，KOU Xuesen
（School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for Science & Technology，Shanghai 200093，Chian）

The ash expansion characteristic and mineral conversion of Zhundong coal（ZDC）ash with different amounts of vermiculite injection were studied by using heating microscope and XRD. The results showed that the vermiculite composite additive could improve the expansion characteristic of ZDC ash. The more vermiculite compound additives，the higher the swelling rate of coal ash. The deposits with vermiculite composite additive were more friable and polyporous so that it could be removed by soot blower or fall off easily. The ash softening temperature of ZDC with vermiculite composite additive change slightly，almost having no change by blending ratio of 5%. And the ash softening temperature would decreases obviously when increasing the blending ratios of additive continually. Thus，the blending ratio of 5% was most appropriate. The main minerals in ZDC ash included gehlenite，akermanite and melilite when heating at higher temperature. However，melilite became the main mineral with longer heating time. After adding the vermiculite composite additive，the gehlenite and akermanite were transformed into diopside with lower ash fusion temperature at high temperature.

Zhundong coal（ZDC）；vermiculite composite additive；ash composition；ash fusion characteristic；expansion characteristic

TQ535

：A

：1000-6613（2017）09-3280-07

10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2076

2016-07-15；修改稿日期：2017-03-01。

國家“十二五”科技支撐計劃（2015BA04B03）及上海理工大學(xué)準(zhǔn)東煤高效利用協(xié)同創(chuàng)新平臺項目。

高姍姍（1992—），女，碩士研究生，從事清潔燃燒技術(shù)方面的研究。E-mail：shanny_gss@163.com。聯(lián)系人：金晶，教授，從事清潔燃燒方面的研究。E-mail：alicejin001@163.com。