煤催化气化工艺中内蒙王家塔烟煤灰烧结温度的影响因素分析

煤催化气化工艺中碱金属催化剂的引入加剧了气化炉的结渣,直接影响了流化床气化炉结渣的正常操作。煤灰的烧结特性是流化床气化炉结渣的主要影响因素之一,通过摸索工艺条件使煤气化在烧结温度以下运行,可有效避免流化床气化炉内出现结渣问题。利用压差法测定烧结温度,结合灰渣的XRD分析结果系统研究了钾基碱金属催化剂的添加量、操作压力、反应气氛对王家塔烟煤低温灰化煤灰烧结温度的影响。结果表明,碳酸钾催化剂的添加明显降低了煤的灰熔点及烧结温度。0.1～3.5 MPa下,烧结温度随压力增大而降低,而且压力对烧结温度的影响在高压区更为明显,具体影响规律与煤种灰成分及钾基碱金属催化剂的添加有关。空气、CO₂氧化性气氛下的烧结温度较高,N₂惰性气氛下次之,还原性气氛下较低,而蒸汽的加入显著降低了烧结温度。烧结温度的变化与不同气氛下铁离子存在状态及钾的存在形态密切相关。蒸汽气氛下,钾更多以KOH等低熔点化合物形态存在,而且含钾物相在蒸汽气氛下更容易同煤灰中的硅铝、铁钙等矿物质反应,生成低共融点化合物,致使灰熔点及烧结温度大幅下降。     

添加剂对催化气化工艺中煤灰结渣性及气化性能影响研究

煤催化气化工艺中碱金属催化剂的引入加剧了气化炉的结渣,直接影响了流化床气化炉的正常操作。煤灰的烧结特性是流化床气化炉结渣的主要影响因素之一。通过自制的压差法烧结温度测定实验装置,并结合XRD等分析表征及Factsage热力学软件模拟计算,考察了不同添加剂对煤灰烧结特性及气化性能的影响,并从矿物学角度探讨了添加剂对煤灰结渣特性及气化工艺的影响。结果表明,添加硅铝系添加剂可提高煤灰的烧结温度;相比硅系添加剂,添加高铝系添加剂对改善煤灰的烧结温度效果更明显;高铝系添加剂可作为一种高效的阻熔剂,但因在气化过程中容易同催化剂反应,导致催化剂催化性能降低,对煤的气化活性及催化剂回收率产生不利影响;添加氧化钙添加剂,煤的灰熔温度及烧结温度均增加,随氧化钙含量增加,灰熔点及烧结温度均升高,且对气化活性及催化剂回收率有良性作用;氧化钙可作为改善煤种结渣性的添加剂用于催化气化工艺中,需根据煤种性质及工艺特点确定适宜的添加量。     

添加剂对催化气化工艺中煤灰结渣性及气化性能影响研究

煤催化气化工艺中碱金属催化剂的引入加剧了气化炉的结渣，直接影响了流化床气化炉的正常操作。煤灰的烧结特性是流化床气化炉结渣的主要影响因素之一。通过自制的压差法烧结温度测定实验装置，并结合XRD 等分析表征及Factsage热力学软件模拟计算，考察了不同添加剂对煤灰烧结特性及气化性能的影响，并从矿物学角度探讨了添加剂对煤灰结渣特性及气化工艺的影响。结果表明，添加硅铝系添加剂可提高煤灰的烧结温度；相比硅系添加剂，添加高铝系添加剂对改善煤灰的烧结温度效果更明显；高铝系添加剂可作为一种高效的阻熔剂，但因在气化过程中容易同催化剂反应，导致催化剂催化性能降低，对煤的气化活性及催化剂回收率产生不利影响；添加氧化钙添加剂，煤的灰熔温度及烧结温度均增加，随氧化钙含量增加，灰熔点及烧结温度均升高，且对气化活性及催化剂回收率有良性作用；氧化钙可作为改善煤种结渣性的添加剂用于催化气化工艺中，需根据煤种性质及工艺特点确定适宜的添加量。     

神华石炭-侏罗纪煤掺烧的结渣性能

神华侏罗纪煤具有易燃、低硫、低灰等优点,但存在易结渣等不足之处;神华石炭纪煤结渣特性则明显优于前者;侏罗纪煤与石炭煤掺烧,可充分利用石炭煤灰的高熔融温度特性以降低混煤的结渣倾向,并保持侏罗纪煤的易燃特性以提高混煤的火焰稳定性,具有低硫、低灰、较高热值、较低钙含量、低结渣、易燃烧等优点,保证了神华配煤在以非神华煤设计的锅炉中不会带来运行上的困难。笔者通过试验提出的神华两类煤掺烧结渣趋势变化图可为神华配煤方案的设计提供依据。     

高灰熔点煤灰熔融特性的可控调整研究进展

我国高灰熔点煤占煤炭储量的57%左右,直接用于气流床气化时将面临"积灰和堵渣"的问题,探索高灰熔点煤灰熔融特性的调控方法对气流床的稳定运行意义重大。主要分析了助熔剂和配煤对灰熔融温度的影响规律;并从矿物质演变机理的角度综述了助熔剂(Fe2O3,Ca O,Mg O,Na2O,K2O和复合助熔剂)、配煤和软件分析(FactSage软件热力学计算和Gaussian量子化计算)如何分析和实现高灰熔点煤灰熔融特性的可控调整;最后阐述了采用支持向量机进行煤灰熔融温度的预测存在精度高的优势。提出了寻找新型助熔剂以增强灰熔融温度调控的准确性和基于支持向量机模型建立煤灰成分与灰熔融温度的关联式,进而指导和优化气化配煤煤种和比例的选择,为高灰熔点煤的清洁高效利用提供理论支持。     

新疆高碱煤四喷嘴气化炉结渣特性研究

针对新疆高碱煤为气化原料造成气化炉堵渣的问题,以四喷嘴气化炉实际运行过程中产生的渣块为研究对象,采用扫描电子显微镜结合X射线电子能谱(SEM-EDX)、X射线荧光光谱(XRF)和灰熔点测试仪等分析了灰渣物化及矿物学特性。对新疆北山煤和牧场煤以及2种煤的混煤进行气化试验,考察了煤中矿物质高温演变行为规律。结果表明,新疆煤中矿物质具有不均一性,在高温热转化过程中,矿物质相互作用发生一系列复杂的物理化学反应,导致形成的矿物质灰渣具有多样性。采用新疆煤为气化原料时,大量灰渣在气化炉渣口处积累,形成了层状灰渣,主要由Na、Ca、Mg和Fe的硅酸盐或硅铝酸盐共熔物和Na-Al-Si-O构成。新疆煤气化后不同形态灰渣中Na含量差别较大,Na含量差异导致矿物质灰渣的黏温特性及固化温度不同。通过热力学模拟发现,Na-Si-O体系中其初始液相形成温度仅为800℃左右,随着Na_2O含量升高,其初始液相形成温度基本保持不变;混入一定量Al_2Si_2O_7后,其液相初始形成温度迅速升高至1 050℃左右。矿物质高温下发生熔融形成组分复杂的共熔物,随温度降低液态灰渣中具有高熔点的矿物质体系将结晶形成晶核,晶核迅速生长形成结晶颗粒而析出。在高温热转化过程,煤中活性Na可与石英黏土类矿物质发生反应生成低熔点的NaAlSiO_4;而Ca、Mg和Fe等与酸性矿物质反应生成具有高熔点的硅铝酸盐矿物质,在降温过程中首先从熔渣中析出,导致堵渣的发生。通过选取或调配煤种的熔渣黏温特性和灰熔融温度与气化运行参数一致可预防煤灰结渣发生。     

煤中矿物质与气化工艺的选择

考察了煤中矿物质对气化工艺选择的影响关系,介绍了国内外有关的研究进展。研究表明,煤灰的熔融特性及粘－温特性是气化工艺排渣方式选择的决定因素。煤的灰熔点及灰粘度不但与煤灰的化学组成有关,而且与煤灰的矿物形态有关,且与相平衡性质有较好的相关性。这为研究控制煤灰熔点、扩大气化工艺选择提供了较好的理论基础。     

碱性氧化物对煤灰熔融特性影响的研究进展

准东煤中的钠、钙含量较高,导致在燃用过程中锅炉受热面发生严重的结渣。煤灰的结渣问题与煤灰的熔融特性密切相关,灰中碱性氧化物对灰熔融特性具有重要的影响。本文综述了碱性氧化物对煤灰熔融特性的影响。现有的研究表明,添加Na_2O可以显著降低灰熔融温度,钠长石、霞石等低熔点含钠矿物质的生成及其形成的低温共熔体是灰熔融温度降低的主要原因。灰中K_2O主要以伊利石的形式存在,对灰熔融温度的影响较小。随灰中CaO和MgO含量的增加,灰熔融温度具有先降低后升高的变化趋势,矿物质熔点的变化是灰熔融温度变化的主要原因。灰中Fe_2O_3的存在形式与反应气氛有关。在还原性气氛下,铁主要以FeO的形式存在,铁橄榄石、铁尖晶石等含铁矿物质容易形成低温共熔体,使灰熔融温度降低。未来应着重研究碱性氧化物对准东煤灰熔融特性影响的机理,开发抑制准东煤结渣的高效添加剂。     

生物质对高灰熔点煤灰熔融特性的调控机制

为探索生物质对高灰熔点煤灰熔融特性的影响,向鹤壁煤和晋城无烟煤中分别加入不同质量比的花生壳和玉米秸秆,采用智能灰熔点测定仪测定混合灰样的灰熔点,X-射线荧光仪和X-射线衍射仪分析灰熔融特性变化的原因。结果表明:随着生物质质量分数增大混合灰熔融温度逐渐降低,选择合适生物质质量分数能使灰熔融流动温度满足液态排渣要求;鹤壁煤混合灰样和晋城无烟煤混合灰样中的高熔点矿物质与煤灰其他成分反应生成了铁橄榄石、铁尖晶石、白榴石、钙长石和微斜长石等,这些矿物之间能够形成低温共熔物,从而导致混合灰的灰熔融温度降低。     

高温气化过程中降低煤灰熔点的实验研究

高灰熔融性好的寨崖底矿煤分别与低灰熔融性的露天煤、府谷煤按不同配比混合,制成2种配煤灰样,用HR-4灰熔点测定仪分别测定其在氧化性气氛和弱还原性气氛下的熔融特征温度。结果表明,配煤能有效改善煤灰熔融特性,但配煤灰熔融性变化与配比之间是非线性关系,弱还原性气氛下配煤改善效果显著。以硼砂作为助熔剂,按不同比例添加到高灰熔点煤潞安矿中,在弱还原性气氛下测定混煤灰熔融温度,结果表明添加少量比例的硼砂可以显著降低煤灰熔融性温度。对混煤灰进行的X-射线衍射实验表明,煤灰中矿物质形态的变化是混煤灰熔点降低的直接原因。     

配煤对煤灰熔点的影响及灰熔点预测模型研究

针对皖北刘桥二矿煤（A）属于高灰熔点煤,无法满足Shell气化炉液态排渣的需要。考察了采用配煤技术降低煤A的灰熔点的效果,结果表明,配煤可以显著的降低煤A的高灰熔融性。使其能够满足Shell气化炉液态排渣工艺的要求。并采用最小二乘法对灰熔点与煤灰灰成分之间建立并回归了预测模型,预测模型方程表明,若能增加配煤煤灰中MgO的含量可显著降低煤灰熔点,增加配煤煤灰中CaO的含量可使煤灰熔点降低,在煤灰中SiO2和Al2O3总含量一定的条件下,高硅低铝的配煤煤灰可进一步降低煤灰熔点。同时该模型能较好地预测三种原煤配煤的灰熔点。     

高钠煤灰烧结特性研究进展

中国新疆准东煤具有储量巨大、开采成本低、挥发分高、硫含量低等特点,是优质的动力用煤。但准东煤钠含量高,燃烧利用时易在受热面上形成烧结性积灰,产生严重的结渣,极大限制了高钠煤的开发利用。因此,要实现高钠煤的清洁高效利用,需充分认识高钠煤灰的烧结特性。总结了高钠煤积灰结渣机理,概述了高钠煤灰烧结机制,探讨了二者之间的内在关联。高钠煤在燃烧过程中,煤中碱金属(主要为钠)释放并以Na_2SO_4、NaCl及Na的形式存在于烟气中,与受热面接触并于其上冷凝形成黏性内白层,内白层捕获飞灰颗粒后反应生成低熔点化合物,其烧结温度降低,使锅炉受热面上发生沾污增强型的"沾污烧结"过程。高钠煤灰的烧结过程包含固相烧结、液相烧结和气相烧结3种方式,对煤灰烧结过程的影响因素包括反应温度、化学组成、煤灰粒径、反应气氛、添加剂种类、锅炉设计和锅炉运行工况等。其中添加剂按氧化物种类可分为碱性氧化物和酸性氧化物,一般情况下碱性氧化物可以降低煤灰烧结温度,酸性氧化物可提高煤灰烧结温度。未来对于提高高钠煤灰烧结温度的研究方向可从新型添加剂出发,找到既能固定烟气中的钠,又能与灰渣中的低熔点含钠矿物质反应生成高熔点化合物的单一或混合成分的添加剂。同时,关于钠蒸气对积灰结渣在微观层面上的动态特性的影响机制也需进一步研究。概述了煤灰烧结温度的测量方法,热导率分析法、压力测量法、热机械分析法、筛分法和压降法,其中压降法是目前为止测量烧结温度较为准确的方法。介绍了上海理工大学碳基燃料洁净转化实验室在高钠煤灰烧结特性方面的研究方向,以期为解决燃用高钠煤锅炉积灰结渣问题提供参考。     

不同处理方式对霍林河褐煤灰熔融特性的影响

煤灰熔融特性对预测煤灰的结渣、改变煤灰熔融特性适应不同的排渣方式具有重要意义。对霍林河褐煤和它水洗、酸洗、浮选煤的灰熔点进行了测定,并采用煤灰成分和XRD谱图分析了不同处理方式对煤灰熔融流动特性的影响。结果表明,三种处理方式引起灰熔点变化是由于灰成分的变化引起的,其变化趋势与XRD谱图的预测结果密切相关。灰熔点的高低主要取决于煤中矿物质所的种类和其相对含量以及随温度而形成的新矿物相。莫来石含量的变化是引起煤灰熔融特性变化的原因。     

陕北煤燃烧的结渣性研究

利用结渣性测定仪对陕北地区不同变质程度的四种煤样的结渣性进行测定,考察了空气流量和灰熔点对结渣率的影响,并根据煤结渣性的常用判别指标,综合得出了四种煤的结渣倾向.结果表明,煤的结渣特性不仅取决于煤灰中的化学成分,同时也在一定程度上取决于煤灰的熔点温度以及外部条件.     

调控煤灰流动特性的气化配煤研究进展

在对气化配煤调控煤灰熔融特性、结渣特性综述的基础上,从矿物质演变和量子化学角度对配煤改变煤灰化学特性机制进行了重点分析。配煤本质上改变了煤灰中易熔矿物与难熔矿物组成和含量,含钙与含铁硅酸盐矿物所形成的低温共熔物是煤灰熔融温度降低主要原因;莫来石、钙矾石、钙铝榴石等高熔点矿物的生成是提高煤灰熔融温度、改善高碱煤结渣特性的重要原因。进一步从煤灰化学组成与矿物组成两个方面对配煤灰熔融特性预测模型进行了阐述。最后对配煤改善煤灰流动特性研究方法和方向提出了建议。     

高钠煤气化过程中的灰化学研究进展

煤气化是发展煤基大宗化学品及清洁燃料的关键技术，也是实现双碳目标的重要途径。准东高钠煤中碱金属钠含量高，气化过程中碱金属钠释放造成严重的灰释放问题，因此，探究准东高钠煤在气化过程中灰沉积、结渣机理及煤灰流动性对准东煤的清洁高效利用具有重要意义。鉴于此，综述了近年来气化过程中高钠煤的灰化学研究最新进展。总结了煤中钠的赋存形态及含量，阐明了气化过程中钠的迁移转化机制及钠释放导致气化炉受热面造成的灰沉积、结渣问题。由于高钠煤中钠释放主要受气化温度的影响，因此成灰温度不宜高于500℃。气化过程中易生成熔点低的含钠矿物质，降低高钠煤煤灰熔融温度。高钠煤中钙、铁含量高时，煤灰中钙长石及钙铝黄长石在高温下生成低温共晶体、Fe²⁺与煤中矿物质反应形成低熔点尖晶石均是加剧煤灰熔融的重要原因。同时，热转化过程中气氛对高钠煤中矿物演化具有一定影响。高钠煤灰的熔融区间窄，熔融速率快，表明高钠煤灰流动性强，由于Na⁺的离子势较低，O^2-被Si⁴⁺夺取，导致桥氧键断裂成非桥氧键，熔渣网格结构解聚，黏度降低，其熔融机理符合“熔融...     

调控煤灰流动特性的气化配煤研究进展

在对气化配煤调控煤灰熔融特性、结渣特性综述的基础上,从矿物质演变和量子化学角度对配煤改变煤灰化学特性机制进行了重点分析。配煤本质上改变了煤灰中易熔矿物与难熔矿物组成和含量,含钙与含铁硅酸盐矿物所形成的低温共熔物是煤灰熔融温度降低主要原因;莫来石、钙矾石、钙铝榴石等高熔点矿物的生成是提高煤灰熔融温度、改善高碱煤结渣特性的重要原因。进一步从煤灰化学组成与矿物组成两个方面对配煤灰熔融特性预测模型进行了阐述。最后对配煤改善煤灰流动特性研究方法和方向提出了建议。     

煤质与水泥物料液相初析温度关系研究

运用煤结渣特性的实验方法，借助X—Ray衍射分析仪、高温显微镜等现代测试工具，对11种典型煤样的结渣特性及其与水泥生料的混合物的液相产生温度进行研究，力求了解水泥形成过程中液相产生量与不同煤质的燃烧特性、结渣特性之间的关系。实验结果表明：煤灰的灰熔点的高低并不是影响水泥生料液相初析温度的最主要原因，而煤中的高灰分及低挥发分却是影响的关键因素。     

助熔剂对高灰熔点煤影响的实验研究

对山西两种高灰熔点煤添加不同比例的CaO和Fe2O3助熔剂后的熔融特性及其在高温下的矿物质行为进行了实验研究,用X射线衍射观察分析了不同温度下的煤灰矿物组成变化.结果表明,在弱还原性气氛下,两种助熔剂均可有效降低煤灰熔点,但不同的助熔剂对不同煤灰熔点降低的效果不同.当在煤灰中添加适量助熔剂时,煤灰熔点可达到最低,这是由于煤中矿物质在高温下与CaO,Fe2O3发生反应,最终形成低熔点共熔物,从而使得煤灰熔点下降.     

高温气化条件下高钙镁准东煤灰熔融性及矿物质演化

气流床气化是煤炭清洁高效利用的重要途径，而高钙镁准东煤因其灰熔融温度较高难以直接应用于液态排渣的工业气化炉，深入研究准东煤灰高温熔融机理对其气化应用具有重要指导意义。采用试验分析与热力学模拟计算手段研究了高温(1 100～1 500℃)气化条件下高钙镁准东煤灰熔融性及矿物质演化，并考察了SiO₂添加对原煤灰熔融性及矿物质演化的影响。结果表明，气化温度小于1 300℃时，高钙镁五彩湾煤灰中Ca主要以CaS形态存在于灰渣中，而Mg始终以MgO形态存在；气化温度升高至1 400℃后Ca基矿物质逐渐熔于液相并在1 500℃完全熔融，Mg则结合生成高熔点镁铝尖晶石，导致煤灰熔融温度较高。添加适量SiO₂可与煤灰中Ca、Mg结合生成易发生低温共熔的钙镁黄长石，从而显著降低煤灰熔融温度及液相线温度，所添加SiO₂与CaO结合的优先度高于MgO。此外，热力学平衡计算结果显示，即使在1 600℃高温平衡状态下，五彩湾煤灰中部分Ca、Mg仍以高熔点单一氧化物形态存在，因此原煤灰液相线温度较高，热力学计算结果可为煤灰熔融性预测及高温矿物质转化...