硅钙摩尔比对准东煤燃烧过程中矿物演变及灰熔融特性的影响

选择准东高钙五彩湾（WCW）煤作为研究对象,通过改变煤灰中硅钙摩尔比（M）研究煤灰熔融特性及矿物演变的变化规律,进一步借助FactSage热力学计算软件进行矿物平衡预测。研究表明：在WCW原煤灰中,矿物CaSO₄演变生成低熔点矿物Ca₂MgSi₂O₇,使得原煤灰借助灰熔融温度（AFTs）预测其结渣、玷污时出现较大偏差。对于混煤灰,当M升高至3时,相比原煤灰,其中矿物CaSO₄的分解提前,SiO₂优先与CaO反应生成熔点较低的矿物CaMgSi₂O₆,进而引起混煤灰的熔点降低;当混煤灰中M升高至5时,充足的SiO₂会与MgO发生反应,生成高熔点矿物Mg₂SiO₄,使得此时混煤灰的AFTs显著提升,改善了煤灰熔融特性。热力学计算矿物平衡结果与X射线衍射分析（XRD）结果吻合较好,吉布斯自由能结果验证了矿物演变过程的合理性。     

准东煤灰中的钙镁黄长石生成机理研究

借助管式炉实验台在不同温度下研究了燃烧天池南矿、五彩湾、宜化三种典型准东煤过程中煤灰矿物质的形成机理,并利用XRD手段分析矿物质组成,结果表明：1100℃时有大量钙镁黄长石生成,是1100℃下煤灰中的重要矿物质;钙镁黄长石生成路径的第一步是形成硅灰石,然后再与氧化镁反应形成钙镁黄长石。基于实验结果,采用密度泛函理论在B3LYP/6-311G++（d,p）水平上对钙镁黄长石的生成路径进行研究,并进行动力学分析。结果表明,硅灰石的形成过程中路径2更容易进行,且该反应的决速性步骤是CaO与SiO₂相连成键后,SiO₂上的O原子转移步骤;之后,CaSiO₃进行无势垒络合,形成2CaSiO₃后再与MgO发生反应,最终形成Ca₂MgSi₂O₇,该反应中的最大势垒出现在2CaSiO₃与MgO相连成键后各原子的转动过程中。     

鸟粪石添加剂对准东煤燃烧过程中钠、钙矿物转化和释放的影响

准东煤作为优质动力煤,高含量的Na和Ca导致沾污结渣成为制约其大范围工业应用的因素。选取准东五彩湾煤作为研究对象,使用富磷鸟粪石作为添加剂,分别对500℃下处理后的原煤灰和混合煤灰（掺入质量分数为5%的鸟粪石）进行同步热分析;在管式炉中以空气气氛对原煤和混合煤在不同温度下进行燃烧实验;通过 X射线荧光光谱分析仪（XRF）、X射线衍射分析仪（XRD）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）对收集灰分进行分析;并通过热力学软件FactSage对实验结果加以验证。结果表明：鸟粪石添加剂对Na和Ca的释放规律影响较大,大量的Na和Ca在燃烧过程中以磷酸复盐的形式聚集在混合煤灰中,Ca的低温共熔物未能生成;在1000℃之前鸟粪石添加剂对Na和Ca的捕集效果较好,温度上升后有所下降。