圆柱形灰锥在实验室自动化系统中的应用研究

2019-10-23罗彬彬刘晓川

煤质技术 2019年5期

罗彬彬，刘晓川

(长沙开元仪器有限公司，湖南长沙 410100)

0 前言

煤灰熔融特性是判断煤灰结渣程度的重要参数，也是指导工业锅炉和窑炉设计和运行的重要参数之一[1-7]，炉内结渣影响锅炉的高效、安全运行[7-10]。因此，研究煤灰熔融特性对动力煤的有效利用具有重要意义。

目前GB/T 219《煤灰熔融性的测定方法》中规定的灰锥形状为三角锥[11，12]，随着实验室智能化验系统的发展，对煤灰熔融测试仪的智能化程度提出了新的需求。三角锥制作繁琐，且锥尖易断裂，不利于自动化的实现。由于圆柱形灰锥制作简易且易实现自动化，因而ISO 540标准、CEN/TS 15370等提出了圆柱形灰锥的制作。以下将针对三角锥及圆柱形灰锥之间的差异进行分析，寻找两者之间的共同点。

1 标准解读

GB/T 219规定灰锥的形状为三角锥，高20 mm、底为边长7 mm的正三角型，锥体的一侧面垂直于底面。国标中的灰锥熔融特性如图1所示[13]。

图1 国标灰锥熔融特性

由图1可知，其中变形温度为灰锥尖端或棱开始变圆或弯曲时的温度，软化温度为灰锥弯曲至锥尖触及托板或灰锥变成球形时的温度，半球温度为灰锥形变至近似半球形(即高约等于底长一半时)的温度；流动温度为灰锥熔化展开成高度在1.5 mm以下的薄层时的温度[13]。

ISO 540标准可接受多种规格的灰锥形状，其中圆柱形规定高度和底面直径相同，为3 mm～7 mm。ISO标准中的灰锥熔融特性如图2所示。

图2 ISO标准灰锥熔融特性

由图2可知，其中变形温度为顶部棱开始变圆时的温度，软化温度为高度不变且棱完全变圆时的温度，半球温度为近似半球形且高度等于底宽1/2时的温度，流动温度为试样快展开成一薄层且高度等于原始高度1/3时的温度。

CEN/TS 15370标准和ISO标准相同，制作的灰锥同为圆柱形灰锥，但CEN/TS 15370规定其灰锥高度为3 mm～5 mm。另外，CEN/TS 15370对灰锥的判断依据也较ISO 540标准有稍许差异。

2 测试方法

2.1 测试平台

测试仪器选择5E-AF4115智能灰熔融性测试仪，该仪器1次可测试15个灰锥样品，兼容GB/T 219标准、ISO 540标准、CEN/TS 15370标准等，兼容三角锥和圆柱形灰锥图像，且从常温到1 600 ℃均能对2种灰锥进行自动识别。

5E-AF4115灰锥托板如图3所示。

图3 5E-AF4115灰锥托板

2.2 测试方法简述

按照GB/T 219标准进行三角锥的测试，按照ISO 540标准进行圆柱形灰锥测试。采用规格为AF4115FB-01的生物质灰锥模具，该模具可同时制作4个圆柱形灰锥，制作效率较传统三角锥模具提升4倍以上。

3 结果比对

3.1 氧化性气氛测试

应用通空气法在氧化性气氛下对煤灰熔融性标准物质GBW11124e、GBW11125d以及4个生产样的DT、ST、HT、FT的4个特征温度进行测定，每个样品重复测定4次，其平均结果见表1。

表1 煤灰测定结果(表格均为4次平均值) ℃

由表1可知，GBW11124e在氧化性气氛条件下，4个特征温度分别为(1 300±12)℃、(1 321±13)℃、(1 329±16)℃、(1 345±15)℃。GBW11125 d在氧化性气氛条件下，4个特征温度分别为(1 310±26)℃、(1 388±13)℃、(1 433±19)℃、>1 500 ℃。2种标准物质的4个特征温度的测定值均在认定值的不确定度范围内，表明仪器的测定值与标准物质的认定值一致性良好。

另外，按照ISO 540标准，软化、半球、流动温度结果与GB/T 219标准方法的测定结果间无显著性差异。变形温度从趋势上来看，ISO 540稍微偏高，但差异不显著。

3.2 弱还原性气氛测试

往炉膛通入CO和CO2混合气体(气体比例为180 mL∶120 mL)，对煤灰熔融性标准物质GBW11124e、GBW11125d、以及4个生产样的DT、ST、HT、FT的4个特征温度进行测定，每个样品重复测定4次，其平均结果见表2。

表2 煤灰测定结果(表格均为4次平均值)

由表2可知，GBW11124e在弱还原性气氛条件下，其4个特征温度分别为(1 131±20)℃、(1 187±21)℃、(1 213±19)℃、(1 238±18)℃。GBW11125d在弱还原性气氛条件下，4个特征温度分别为(1 221±25)℃、(1 314±14)℃、(1 340±18)℃、(1 430±25)℃。 2种标准物质的4个特征温度的测定值均在认定值的不确定度范围内，表明仪器内部气氛良好。

另外，按照ISO 540标准，软化、半球、流动温度结果与GB/T 219标准方法的测定结果间无显著性差异。从趋势上分析变形温度，ISO 540的测定值稍偏高，但差异不显著。