煤中灰分的组成及影响

文｜汇锦数能-掌上煤焦

01 煤中灰分的组成

按照煤中矿物质在煤高温燃烧时发生的化学反应，煤灰分主要是由金属和非金属的氧化物和盐类组成。在工业生产中，煤灰是指煤用作锅炉燃料和气化原料时得到的大量灰渣。煤灰依形态的不同可分为粉煤灰和炉渣两种。粉煤灰又称飞灰，是指随同烟道气或煤气一起带出的粒径小于90μm的灰尘。炉渣是指呈熔融状态或以较大颗粒的不熔状态从炉底排出的底灰。

煤灰与煤灰分的化学组成是一致的，其主要成分是SiO2、Al2O3、CaO、 MgO,它们之和占煤灰的95%以上，还有少量K20、Na2O、SO3、 P2O5及微量的Ge、Ga、U、V等元素的化合物。我国煤灰主要成分的一般范围如表1所示，煤灰中主要的单个常量元素和少量元素的测定方法如表2所示。

表1 我国煤灰主要成分的一般范围

表2 煤灰中主要单个元素的测定方法

02 煤中矿物质或灰分的影响

煤在作为燃料或加工转化的资源时，几乎都是利用煤中的有机质。因此煤中的矿物质或灰分一向被认为是有害的废物，人们一直在致力于设法降低或脱除煤中的矿物质或灰分。但是人们后来发现，煤中矿物质对煤的某些利用过程有有益的作用。即使是煤灰也得到了越来越广泛的利用。煤中矿物质或灰分的不利影响有以下几点：

（1）增加运输负荷。我国煤炭产地分布很不均匀，约有70%的铁路运输能力用于煤炭运输，每年因煤中矿物质含量过高造成的无效运输十分惊人。

（2）增加煤炭消耗。煤作为燃料时，煤中矿物质不仅不能产生热量，而且煤灰外排要带走显热。外排煤灰时还可能夹带一部分未燃煤，造成机械性燃料损失。因此，动力煤的灰分每增加1%，大约要多消耗2.0% ~ 2.5%的煤炭。

煤作为炼焦原料时，煤中绝大部分灰分转入焦炭中，使焦炭的固定炭减少，用量增加，生产率降低。一般认为，焦炭灰分增加1%，炼铁焦比增加2% ~2.5%，石灰石增加4%，高炉产量下降3%。所以，一般要求炼焦用煤的灰分不应大于10%。

（3）影响生产操作条件和产品质量。煤作为燃料和气化原料时，煤中的某些低熔点灰分易造成锅炉和气化炉的结渣和堵塞。高灰煤制得的焦炭强度差，某些灰成分还使焦炭的反应性异常增大，反应后强度降低;用高硫或高磷煤炼制的焦炭炼铁，会使钢铁发脆。煤在液化加工时，煤中矿物质使溶剂精制煤的过滤发生困难;煤中碱金属和碱土金属的化合物会使加氢液化过程中使用的钴钼催化剂活性降低;煤中的含铁化合物对煤的氧化和自燃具有催化作用。

（4）腐蚀设备和装置。煤中的Pb和Bi随燃烧气体带走，若沉积在金属表面会产生颗粒边界脆化作用导致金属损伤;煤中的黄铁矿使燃烧粉煤的锅炉炉底因发生硫化作用而损伤;烟道气中的含硫成分使过热器、省煤器外部腐蚀;煤中氯离子是奥氏体钢的一种主要腐蚀剂。

（5）造成环境污染。锅炉与气化炉产生的灰渣与粉煤灰如不能及时利用，会占用大片土地并造成大气和水体污染;煤中含硫化合物和微量的汞在燃烧时生成SOX、COS、H2S等有毒气体和汞蒸气造成环境污染，严重时可能形成酸雨。

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