准东煤灰熔融特性试验研究

将神华准东煤（神华煤）和天池能源准东煤（天池煤）与碱沟煤按照不同质量掺混比进行混合并制得灰样,将NaCl、CaO、Al2O3和SiO2按不同添加比例加入神华煤和天池煤并制成灰样,对上述混合灰样的熔融特性进行研究.结果表明：碱沟煤掺混2种准东煤后,随着准东煤质量掺混比的增大,混合灰各个灰熔点特征温度先降低后升高;随着灰样中Na含量增加,准东煤灰样的变形温度显著降低,软化温度、半球温度和流动温度先降低后趋于不变;当灰样中Na含量达到一定比例后,NaCl对准东煤灰熔融特性的影响明显减弱;CaO对准东煤灰熔点的影响较复杂,可以降低也可以提高灰熔点;随着Al2O3添加比例的增加,准东煤灰熔点先升高后急剧降低;随着SiO2添加比例的增加,神华煤灰样的变形温度先升高后降低,而天池煤灰样的变形温度逐步升高,其他3个特征温度均逐渐降低.     

煤粉炉联产水泥熟料煤灰熔融特性的试验研究

选用高硫长广煤为试验煤种、分析纯 CaO 和 MgO 为添加剂,按照设定的配料方案配制为混合煤粉.依据 GB/T 219-1996煤灰熔融特性测试方法,使用 SE-AF 智能灰熔点测试仪对混合煤粉的灰熔点进行了测量.结果表明:随混合煤粉中 CaO 添加质量分数的逐渐增加,混合煤粉灰熔融特性温度呈现 V 型变化规律;按照联产 Q 相水泥熟料配料方案配制的混合煤粉煤灰的结渣趋势程度属于轻微,较长广煤的结渣趋势程度有所降低.对软化温度下混合煤粉煤灰的矿物组成进行了 XRD 分析,并利用 CaO-Al2O3一SiO2 三元系统相图,进一步分析了混合煤粉熔融特性温度变化机理.结果表明:随着混合煤粉中 CaO 添加质量分数的变化,煤灰矿物组成中不同程度地出现低温共融体是煤灰熔融特性温度变化的原因.     

高碱煤中钠基化合物对灰熔融特性的影响

选取新疆准东煤田高钠煤(五彩湾煤和天池煤)为研究对象,研究了准东煤中碱金属钠的赋存形态和钠基化合物对煤灰熔融特性影响机制.向低温灰中添加不同比例的Na_2O然后制取其高温混灰,利用X射线衍射仪分析矿物质组分在不同成灰温度下演化规律,探究碱金属钠对准东煤灰熔融特性的影响机制.结果表明:准东煤中钠以水溶钠形式为主;天池煤随着钠含量的增加,灰熔融温度先降低后趋于稳定;五彩湾煤随着钠含量的增加,灰熔融温度先降低后升高.天池煤掺混10%,Na_2O导致灰熔融温度降低,是由于煤灰中白云石、氢氧化钙分解产生大量CaO,碱金属钠促进CaO与煤灰中Si、Al等反应生成含钙钠的低温共熔体,且有低熔点矿物无水芒硝生成;五彩湾煤掺混10%,Na_2O导致灰熔融温度降低,是由于煤灰中新生成低熔点的钙铁辉石和无水芒硝,且碱金属钠促进钙铝黄长石和镁黄长石等含钙矿物质的低温共熔反应,掺混过量Na_2O导致灰熔融温度升高,这是由于煤灰中生成了大量高熔点矿物质.     

FactSage软件应用于预测煤灰熔融流动温度

利用FactSage软件绘制了煤灰主要组分的三元相图,从热力学角度预测及分析了煤灰熔融性与流动性,表明煤灰液相线温度与灰熔融流动温度间确实存在对应关系。借助FactSage软件模拟计算煤灰熔融过程中生成的矿物质各相态组成,得出煤灰在该温度下的熔融矿物液固比率。对比实验测量值与软件计算值,结果表明当熔融渣中液含率为90wt%时对应的温度值与其灰熔融流动温度值最接近,并且FactSage软件同样也适用于预测高灰熔点煤助熔剂CaO的添加量。     

生物质与烟煤灰的理化特性及混合灰熔融特性研究

文章利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线荧光衍射仪(XRD)、灰熔融特性分析仪对4种生物质(海草、梨木、榛子壳、稻秆)灰与神木烟煤灰的混合灰的熔融特性进行了研究。研究发现:水生生物质(海草)灰的掺混使混合灰的熔融特性温度先升高再降低;两种木本生物质(梨木和榛子壳)灰的掺混使混合灰的熔融特性温度逐渐升高;草本生物质(稻秆)灰的掺混对混合灰熔融特性温度的影响与水生生物质灰类似。由XRF分析可知:Na2O和CaO对于混合灰的熔融特性温度有更明显的影响,随着混合灰中Na2O含量的逐渐增加,混合灰的熔融特性温度逐渐下降;随着混合灰中CaO含量的逐渐增加,混合灰的熔融特性温度逐渐上升。由XRD结果可知:水生生物质灰在高温下容易形成熔点较低的碱金属硅酸盐,使混合灰的熔点降低;木本生物质灰中的CaCO3含量较高,能够提高混合灰的熔点;草本生物质灰与水生生物质灰类似,含有的低熔点碱金属硅铝酸盐使混合灰的熔点降低。     

气化条件下混煤灰熔融特性及矿物质演变规律

通过实验研究了高温气化条件下混煤灰的熔融特性及矿物质演变规律.结果表明,气化条件下混煤灰熔融温度的变化规律并不与配煤比例成线性关系,而与相应三元相图的液相线温度具有良好的相似性;随着低灰熔点煤灰的加入,混煤灰在三元相图上的位置逐渐由莫来石结晶区向钙长石结晶区移动,并在二元共晶线或三元共晶点附近熔融温度的变化最为显著,且低于周围位置的熔融温度;由于低灰熔点煤灰中含有较多的硬石膏、辉石、长石等矿物,高温气化条件下能分解成CaO、FeO等助熔矿物,这些助熔矿物能够与高灰熔点煤灰中的莫来石、石英等发生反应生成钙长石、铁橄榄石等低熔融矿物,从而降低了高灰熔点煤灰的熔融温度.     

添加剂对煤灰熔融特性的影响

在8种煤灰中添加不同矿物质作助熔剂,对煤灰熔融特性进行研究;并用灰色系统方法对8种煤灰的矿物质成分和综合成分与煤灰熔融特性的相关度进行研究,然后对实验方法与灰色系统关联度方法进行比较研究.结果表明:添加剂可以降低煤灰熔融温度,也可以升高煤灰熔融温度,添加剂CaCO3为30%时,F煤和D煤得到最低熔点分别为1 250℃和1 350℃;添加剂硼砂(Na2B4O7·10H2O)为15%时,F煤到最低灰熔点1 150℃,硼砂为20%时,D煤可到熔点1 300℃以下.根据关联度方法可得到:酸性矿物质是影响煤灰熔融温度的主要因素,钠系物质对灰熔融性的关联度比钙系物质影响大,数学方法计算结果与实验结果相吻合.     

碱金属钾对高碱煤灰熔融特性影响研究

为研究碱金属钾对高碱煤灰熔融特性的影响，将不同质量分数的K2SO4添加到制备的煤灰中进行灰熔融特性分析，并使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对煤灰微观形貌及其矿物质演变规律进行了研究，结果表明：随着K2SO4添加量的增加，煤灰熔融温度先降后升，体积液相收缩率先升后降，两者相互印证，K2SO4的加入在一定范围内加剧了煤灰熔融性，超过这一范围时会减弱其熔融性。随着温度的升高，添加K2SO4的煤灰由红色变为棕黑色，同时发生烧结，当温度高于1250 ℃时，煤灰由固相逐渐变为液相。煤灰中加入K2SO4份额逐渐增高时，高熔点的石英、莫来石、钙长石等不断减少，产生了白榴石、钾霞石等矿物质形成的低温共熔体，从而降低了灰熔点，加剧液相的形成甚至形成致密烧结体。     

不同添加剂对生物质灰分及床料的熔融性影响

使用灰熔点法,分析Al2O3、高岭土、CaO对稻草、麦秸秆与河砂及煤灰混合物的熔融性质的影响,研究结果表明灰熔点法在预测添加剂对生物质灰分与床料熔融粘结改善方面具有较强的适用性。煤灰与两种生物质混合物的灰熔点要高于河砂与两种生物质灰分混合物的灰熔点,麦秸秆与床料混合后的灰熔点要高于相同奈件下稻草与床料混合后的灰熔点,三种添加剂对提高生物质灰与煤灰、河砂混合物的灰熔点结果从高到低依次是Al2O3,高岭土,CaO。     

碱金属K对无烟煤灰熔融性的影响规律

借助灰熔融性测定仪、X射线荧光光谱分析仪和热力学计算软件FactSage考察了不同比例的碱金属K对山西典型无烟煤煤灰熔融性的影响规律。结果表明:当K_2O的添加比例为10%时可有效降低无烟煤灰的熔融温度,而K_2O的添加比例超过10%时,煤灰熔融温度有上升的趋势;当K_2O的添加比例为10%时,灰中的主要耐熔矿物质石英(SiO_2)、白榴石(KAlSi_2O_6)和钙长石(CaAl_2Si_2O_8)等完全分解,是煤灰熔融温度降低的主要原因。     

化学组分及单组分熔融温度与煤灰熔融温度的相关性分析

提出考虑煤灰各成分熔融温度与煤灰化学成分含量的统计分析判别方法及神经网络判别方法.对170多种中国煤质采用2种方法的计算结果与实验数值的比较结果表明,使用统计分析能将煤灰熔融温度的计算命准率提高到80%以上,使用神经网络方法的命准率达100%,且均不需要将煤质分类判别.提高判别方法命准率的核心机理是:煤灰的结渣特性主要取决于煤灰中各化学成分的百分比含量,同时也取决于各物质的熔点温度.这一机理与很多电站锅炉通过掺烧高灰熔点煤降低结渣程度的实际运行事实和试验结果相吻合,提高了各种煤质的结渣特性判别的通用性和命准率.神经网络方法具有智能优化的特点,比统计分析方法更具有普适性和高命准率.     

钙基对煤灰熔融特性影响的研究

炉内喷钙脱硫技术增加了烟气的飞灰含量和灰中钙的含量,对煤灰的熔融特性有一定影响.在几种动力用煤中添加钙基吸着剂,对灰渣的成分及其熔融特性进行研究,并对添加钙基吸着剂后的灰熔点进行拟合计算,为添加钙基吸着剂后灰熔点的计算提供一种计算方法.结果表明:不同煤种的含硫成分不同,随着Ca/S的不同,煤灰熔融特性变化也不相同.根据20组试验数据,用回归方法拟合出适合添加钙基的灰熔融特性方程,拟合结果显著性高,既充分证明了不同煤的灰熔融特性随添加钙基的变化不同,又可预测添加钙基吸着剂后灰熔点的变化.     

煤灰熔融行为及其矿物质作用机制的量化研究

选取典型高灰熔点和低灰熔点煤种,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜能谱仪(SEMEDX)对高温气化条件下煤灰熔融行为及其矿物质演变规律进行了实验研究与量子化学计算.结果表明:高温下大量莫来石的生成是导致煤灰试样A具有高灰熔融温度的主要原因;煤灰试样B中由于存在较多的硬石膏、钠长石等低熔融矿物质,且CaO与莫来石反应生成钙长石与钙黄长石的化学反应在煤灰试样B熔融过程中起到了关键作用,从而使其具有低的熔融温度.经量子化学计算分析表明,由于莫来石易与电子接受体结合而难与电子给予体结合,在煤灰熔融过程中,莫来石易与煤灰中常见的碱性阳离子(Ca2+、Mg2+、Fe2+、Na+、K+)电子接受体反应生成其他物质,通过添加不同的阳离子可促使莫来石向不同矿物质转变,可以进一步控制煤灰的熔融变化过程及其熔融温度.     

XAFS法研究煤灰熔融过程中Fe元素形态的变化

采用上海同步辐射光源X射线吸收精细结构谱对还原性气氛下高灰熔点和低灰熔点煤灰样的熔融过程进行了观察.结果表明:煤灰熔融过程中Fe的价态形式由Fe3+向Fe2+转变;高灰熔点煤灰样在熔融过程中Fe的价态变化大多发生在900~1 300℃的温度段,Fe由四面体配位向八面体配位转变;低灰熔点煤灰样熔融时,一部分Fe首先形成四面体配位,然后再向八面体配位转变;Fe元素的这些形态变化在熔融过程开始之前就已经发生;低灰熔点煤灰样在熔融过程中第1层配位Fe—O结构发生了明显变化,而且只发生在完全熔融时刻,而高灰熔点煤灰样则没有明显观察到此配位结构的变化.     

准东煤灰与液态排渣煤粉炉耐火材料的烧结特性

采用TGA-DSC分析确定了准东煤灰和其混合灰样(不同质量比的准东煤灰和耐火材料)燃烧过程中的特征温度,并分别采用XRD和FSEM-EDS对不同特征温度段灰样进行矿物识别和形貌、能谱分析,得到了原灰与混合灰的烧结温度、灰中主要矿物的转化和熔融过程,并对比了不同耐火材料含量的煤灰熔融温度;在此基础上提出了耐火材料构型的极限热载荷概念评价其耐热性能.研究表明:碳化硅耐火材料降低了准东煤灰的变形温度DT(1130℃降低到1080℃),促进煤灰与耐火材料的烧结形成致密的挂渣保护层;同时灰的烧结会使耐火材料承受极限热载荷能力降低近1/3.1200℃之后,耐火材料中SiC在煤灰的作用下发生氧化,造成材料失效,故在锅炉运行过程中要严格控制挂渣与耐火材料交界面处的温度.耐火材料增加煤灰在高温下的黏度,提高了煤灰的流动温度TF,更加利于煤灰在耐火材料表面形成牢固稳定的熔渣保护层.     

烟煤与玉米秸秆混烧灰熔融及黏温特性研究

针对烟煤掺玉米秸秆不同比例制成的灰样,采用电子能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对其组分和矿物结晶相进行分析;并通过灰熔融性测定仪、高温黏度计对灰熔融特性和黏温特性进行探究。研究表明:掺混比低于50%时,随掺混比增加混烧灰组分无明显变化,白云母、二铝酸钙及钙长石衍射强度增强,石英衍射强度减弱,混烧灰熔点平缓下降;掺混比大于50%后,K_2O、CaO、MgO含量明显增加,Al_2O_3、SiO_2含量快速减少,白云母、二铝酸钙及钙长石衍射强度持续增强,石英衍射强度逐渐消失,混烧灰熔点大幅下降。酸碱比曲线与ST、HT、FT曲线变化趋势相近,G_(si)曲线能较好的反映临界黏度温度曲线趋势。灰中K_2O、Al_2O_3、SiO_2等含量的变化引起灰熔点和灰黏度变化。     

富氧燃烧方式下神华煤熔融特性实验研究

选用马弗炉和平面火焰携带流反应器(FF-EFR)开展了神华煤在不同气氛下的灰化实验,利用X射线衍射仪(XRD)、热分析仪(TG/DSC)、扫描电镜(SEM)以及能谱仪(EDS)对收集到的灰样进行表征,探究了神华煤灰熔融性温度低的原因,考察了灰熔点温度和灰分中矿物质成分含量受气氛的影响.结果表明,神华煤灰熔点普遍偏低,主要原因在于煤中存在大量的Ca和Fe,参与反应产生各种低熔点化合物;传统方式测得灰熔点可以代表实际锅炉中燃煤灰熔点,但不能直接表征高氧浓度燃烧反应时灰分实际熔融性特征;不同气氛下主要燃烧产物种类不变,区别在于富氧燃烧时会产生在空气中燃烧时没有的Ca CO3,从而降低富氧条件下灰熔点并加重结渣情况;富氧条件下Fe矿物形态相对空气气氛下玻璃体更多,赤铁矿更少,这些原因导致神华煤在富氧条件下结渣更严重.     

锅炉结渣机理及其防止措施研究(二)

第二部份、煤中矿物质与结渣关系与炉膛结渣有关的煤灰特性是灰的熔融温度和灰渣粘度,而决定煤灰熔融特性和灰渣流动特性的是煤中矿物质的成分与组成。鉴于矿物质的组成难以很好确定,现今的研究基本上是通过灰的化学成份,主要是Si_2O、Al_2O_3,Fe_2O_3、CaO、MgO、Na_2O、K_2O对灰熔融温度和灰渣粘度的影响来进行。     

镁基助熔剂对高灰熔点煤灰熔融影响的机理

通过向高灰熔点淮南煤灰中添加不同质量分数的镁基助熔剂,研究镁基助熔剂对高灰熔点煤灰熔融特性的影响及其机理.结果表明:对于淮南煤灰,镁基助熔剂的理想添加质量分数为5%,能使煤灰熔点降低到1 350℃以下;通过XRD分析和SEM验证得知,耐熔矿物质莫来石是导致淮南煤灰熔点较高的原因;Mg2+与莫来石发生反应,生成了堇青石和尖晶橄榄石等易熔矿物质,导致灰熔点降低;通过研究莫来石的稳定性推断出,作为电子给予体的Mg2+易于从活性较大的O(7)和O(13)进入莫来石晶体,造成化学稳定性较弱的Al(1)—O(13)和Al(8)—O(13)共价键的断裂,引起硅酸盐网络中2个Si原子之间的距离增大,促使莫来石晶体晶格重组.     

神华煤富氧燃烧的结渣特性研究

本研究通过对马弗炉、管式炉、平面火焰携带流反应器3种试验台在空气和富氧典型工况情况下产生的灰样进行灰熔点、XRD(X射线衍射分析)、XRF(X射线荧光光谱分析)、SEM(扫描电子显微镜分析)等多种测试,得到了富氧燃烧条件下神华煤结渣特性。与空气燃烧相比,富氧燃烧气氛对神华煤灰灰熔点影响不大;高氧浓度下灰熔点温度较低氧浓度下稍高;富氧气氛下结渣倾向明显比空气气氛下要高。但由于气氛的改变使得其中矿物质的赋存形态发生了改变。采用常用粘度和结渣指数预测不同气氛下神华煤结渣趋势,结果表明:空气条件下煤灰中Ca主要以CaO的形式存在,而富氧燃烧条件下产物中存在一定量CaCO_3。CaCO_3易黏结在一起,并会促进低灰熔点钙黄长石、钙长石的生成,从而加重结渣情况。