基于CCSEM分析的煤中含铁矿物分布对结渣特性的影响研究

含铁矿物是煤中的主要致渣矿物。为优化电厂燃煤选配方案,利用先进的计算机控制扫描电镜（CCSEM）技术对Fe2O3质量分数相近,但结渣倾向差别较大的2种电厂动力用煤含铁矿物的分布特性进行对比分析。其中A煤燃烧时锅炉出现明显结渣问题,而B煤燃烧时锅炉结渣不明显。结果表明:A煤和B煤中具有相似的含铁矿物种类,但是A煤中分布在黄铁矿中的Fe2O3质量分数比B煤高约12%,分布在内在矿磁黄铁矿和内在铁铝硅酸盐中的Fe2O3质量分数分别比B煤高约8%和5%;A煤中更高的黄铁矿和内在含铁矿物分布比例是导致其结渣倾向强于B煤的主要原因;虽然B煤中CaO质量分数明显高于A煤,但是煤中Ca的共生特性对含铁矿物结渣的协同贡献并不明显。为降低炉膛结渣风险,采用低NOx燃烧技术时,应当控制入炉煤黄铁矿和磁黄铁矿含量。     

磷酸钙对缓解准东高钠-富铁混煤结渣倾向的影响

针对新疆地区高钠煤与富铁煤掺混燃烧中发生的严重结渣难题,本文采用沉降炉探究Ca3(PO4)2在降低高钠-富铁混煤结渣倾向方面的潜力,并结合多种表征方法对探针收集的渣样的成分、矿物相和形貌进行了详细分析。结果表明:添加3% Ca3(PO4)2即可显著提升准东混煤的灰熔点,软化温度提升幅度高达200 ℃,变形温度提升150 ℃;对于高钠与富铁质量比为40:60的原混煤,炉内1 200 ℃位置非冷却探针表面黏附的灰渣呈熔融状,其致渣组分主要为Fe2O3和含Si-Al-Ca矿物相的低温共熔体系;添加Ca3(PO4)2后,1 200 ℃区域探针表面黏附的灰渣基本呈颗粒状,熔融度降低,而在1 000 ℃区域探针表面收集的灰样变为松散状且易于吹除;掺混3% Ca3(PO4)2后黏附灰渣的熔融度降低的主要原因为Ca3(PO4)2能结合含Na、Ca组分生成高熔点的Ca5(PO4)2SiO4和Na3Ca6(PO4)5,有效固留气态含钠组分,减少含碱金属/碱土金属组分的冷凝以及它们同含Si、Al矿物相结合发生低温共熔反应的可能性,该添加剂在减小高钠-富铁混煤结渣倾向方面具有较好的效果。     

燃煤高钙灰的组成及其演化机制的研究

采用低温灰化仪、X射线衍射仪和场发射扫描电镜系统研究了小龙潭电厂煤及其高钙飞灰的矿物学特征和化学组成。结果表明：不同高钙灰颗粒化学组成差异较大，颗粒成分呈现出很强的非均质性。依据单颗粒中元素种类及含量建立了高钙灰的分类系列，即：钙氧化物相；钙硫酸盐相；钙硅铝酸盐相和Ca-S-X相(X：Fe，Al，Si，Mg等)。钙氧化物相主要源于煤中含钙碳酸盐的分解；钙硅铝酸盐相组成复杂，其主要源于内在矿物的融合凝并以及外在含钙矿物与外在硅铝质矿物的烧结；钙硫酸盐相和Ca-S-X相是含钙矿物的自脱硫产物；外在含钙矿物易形成钙硫酸盐相；而内在含钙矿物易形成Ca-S-X相；Ca-S-X相主要源于脱硫产物CaSO4与硅铝酸盐的结合。     

煤中矿物质在炉内的迁移及沉积特性研究

炉内燃煤固体产物的熔融特性是表征锅炉沾污结渣趋势的一个重要因素。分析比较了辽河和新汶2台锅炉典型部位灰样的熔融特性变化，并从影响熔融温度的煤灰化学成分和矿物相角度进行了深入的研究，对两锅炉内出现的相反变化趋势作出了合理的解释。结果表明，燃煤本身的特性是决定矿物质炉内行为的根本因素，两锅炉煤种的主要差别在于铁的存在形式，辽河用煤主要含铁矿物为硫铁矿，而新汶则可能以含铁粘土矿物为主。     

准东煤防结渣添加剂应用试验

针对锅炉燃用新疆准东高钠煤存在严重的结渣问题,本文通过一维火焰炉模拟实际燃烧环境,试验研究了多种添加剂的防结渣效果,并对其防结渣机理进行了分析。试验结果表明:试验所用的高岭土、黏土类矿物对缓解结渣有较好的效果,试验样品中添加剂添加比例达到3%以上时防结渣效果更明显;添加剂起作用的前提是将煤灰中钠、钙、铁等元素质量分数降低到合理水平,尤其是将煤灰中Na_2O质量分数降低到3%以下,且钙、铁元素质量分数不大幅增加;添加剂加入后煤灰中的硅铝比对防结渣也起重要作用,合理的硅铝比有利于使低熔点的钠、钾、钙等碱/碱土金属化合物形成熔点相对较高的硅铝酸盐,单纯提高煤灰中Al_2O_3质量分数防结渣效果不明显。     

配煤煤灰内矿物质转变过程与熔融特性规律

选取2种灰成分以及灰熔点差异较大的平朔和神木煤样进行相配,研究配煤灰样内矿物质的转变过程与熔融特性规律。神木煤灰在熔融前(1 080 ℃)含有石英SiO2、Fe2O3、钙铁辉石、硅灰石、硅铝钙石、易变辉石、柱沸石和钙黄长石等矿物质,由于这些含钙矿物间的相互作用以及赤铁矿的存在,生成了低温共融体化合物,导致灰熔点较低。当配入平朔煤后,平朔煤灰样内所富含的硅、铝氧化物成分改变了神木灰样内的矿物组成,灰样内的矿物质逐渐由富含Si、Fe、Ca、S矿物质向富含Al、Si矿物质转变,生成了一定量的莫来石,随着配煤灰样中平朔煤样所占比例的增加,在加热过程中莫来石的含量增加,钙长石含量逐渐减少,明显改善了煤灰的熔融特性。     

炉内灰渣沉积物中矿物元素分布的电子探针分析

提出了一种研究煤灰沉积机理及形成过程的新方法。从炉内选取5个不同部位的灰渣样品，利用电子探针对各矿物元素沿样品厚度方向的分布进行了分析，结果表明，Si和Al具有几乎完全一致的分布。X-射线衍射分析表明形成的主要矿物质为铝硅酸盐(如霞石)；积灰沉积物中Na与S的分布规律相似，主要以无水芒硝形式存在，部分结渣沉积物中的Na与Fe具有相似的分布。在初始层内，4个结渣样品中主要致渣元素的分布相似，而与积灰样品中的相反，表明积灰和结渣在机理上是不同的，受炉内局部空气动力场、气氛条件和温度水平等的控制。研究结果可为模拟灰沉积数学模型的建立或改进，以及防结渣添加剂、清灰剂的研制开发提供重要的依据和指导。     

基于最小二乘支持向量回归机的燃煤锅炉结渣特性预测

对燃煤锅炉结渣特性建模预测并结合优化算法实现燃烧优化是降低锅炉结渣几率有效的方法。文中将煤的软化温度tST、硅铝比w(SiO2)/w(Al2O3)、碱酸比J、硅比G以及锅炉的无因次炉膛平均温度ft、无因次切圆直径fd等作为输入变量,以结渣程度作为输出,建立最小二乘支持向量回归机燃煤锅炉结渣预测模型。同时采用显微镜原理对惩罚参数g和核参数s进行寻优,快速有效地获得二者的最优组合。通过对5台锅炉结渣特性进行预测评判,结果表明此方法是合理可行的。同时依据本方法及面向对象的高级语言,开发了相应的预测评判系统。     

硫酸钠沉积转化特性及对灰熔融性的影响

Na2SO4是加剧高碱煤沾污结渣特性的重要中间物质。为阐明炉内固相Na2SO4生成转化机理及对灰熔融性的影响规律,采用气相反应动力学分析了Na2SO4(g)的生成,总结了渣层不同温度下Na2SO4的沉积和转化特性,通过灰熔融性和高温矿物演变实验研究了Na2SO4的高温转化及对灰熔融性的影响。结果表明:Na2SO4(g)是气相Na的主要赋存形式。900℃及以下Na2SO4(g)大量凝结并沉积,中低温渣层中的Na2SO4稳定存在。渣层温度沿径向升高,沉积于高烟温区域灰渣外层的Na2SO4熔融,并发生高温转化,与飞灰中石英、刚玉等矿物发生铝硅酸化反应,1 000℃左右大量生成钠长石,硫酸钠含量高时生成钠霞石,高于1100℃进一步转化为钙钠长石、青金石、蓝方石等矿物。Na2SO4高温下转化为低熔点含钠铝硅酸盐,其助熔共晶效应导致灰熔融温度大幅降低,加剧结渣。     

准东煤锅炉掺烧时煤灰成分控制研究

为了提高准东煤锅炉掺烧低钠煤或者高岭土的安全性,并给出明确的掺烧原则,本文通过分析准东煤、低钠煤以及高岭土的煤质特点,近30台掺烧准东煤锅炉设计煤质和入炉煤质特点,结合不同矿区准东煤在一维火焰炉上的结渣和煤灰烧结沾污性能测试结果,得到了影响准东煤锅炉安全运行的关键煤质指标。结果表明:为了保证准东煤锅炉的安全运行,必须控制入炉煤煤灰中的w(Na2O)、w(Fe2O3)、w(CaO)、B、B/A×w(Na2O)等指标在一定范围内,即w(Na2O)≤4%;w(Fe2O3)≤10%,当w(CaO)>15%时,w(Fe2O3)≤8%;w(CaO)≤20%,B≤36%,B/A×w(Na2O)≤2.3。对于XY电厂锅炉,短期满负荷运行可考虑掺烧准 混2,其次是准混1,在80%及70%以下负荷可考虑掺烧准混3和准混4。建议采用预混掺烧方式,以更好地防治结渣和沾污。     

循环流化床垃圾焚烧炉固体残留物的特性研究

在对流化床垃圾焚烧炉的固体残留物--飞灰、积灰和底渣进行化学成分、微观形态、元素分布和物相分析的基础上，对其特性进行了全面的了解。分析结果表明：飞灰表现为高钙低硫，具有较强的积灰倾向，飞灰中的Ca主要来自垃圾；尾部烟道各受热面区段的飞灰性质变化不大，飞灰的微观形态极不规则，没有熔融球化痕迹；飞灰中的主要物相为石英和钙的硅酸盐；尾部烟道受热面积灰主要为Ca-S型积灰，烧结致密化强化了积灰的持续生长，积灰内部有明显的多相反应痕迹，致密的烧结结构与松散烧结颗粒交互存在；积灰中的主要物相是CaSO4；底渣的性质复杂多变，高密度、高硬度和高熔点物质为其主要成分。     

水煤浆再燃对炉内灰渣沉积的影响

针对1台采用水煤浆再燃锅炉,现场采集了再燃和均等配风2种工况下灰渣沉积样品和对应的飞灰颗粒,X射线衍射仪和扫描电镜及能谱仪分别用来鉴定样品的晶相组成和形貌特性以及部分颗粒的元素组成。结果表明,水煤浆再燃时再燃燃烧器附近颗粒接受到的入射热流较低,煤焦颗粒氧化燃尽时间较长,为煤焦颗粒内部含铁矿物质与其他硅酸盐矿物质相互作用提供了更长的作用时间;再燃产生的局部还原气氛,使得独立于煤焦颗粒的外部黄铁矿颗粒氧化过程延长,中间产物铁硫氧共熔体(Fe-S-O)的存在时间延长;再燃区燃烧器附近矿物质颗粒接受到的入射辐射热流较低,方解石和黄铁矿颗粒的破碎在一定程度上降低,相对于非再燃工况更易生成较大颗粒的铁、钙灰颗粒。飞灰颗粒形貌表明,再燃工况下飞灰大颗粒较非再燃工况下多,且形状更复杂。     

燃油锅炉受热面灰沉积过程及组分分布特性

研究了取自某燃用渣油锅炉不同部位换热面的多个沉积样品，分析了不同区域和沉积生长不同阶段的组分与控制机理。XRF、SEM-EDAX和XRD分别用来鉴定样品的元素组成、形貌以及晶相，并对其中2个沿沉积生长方向有明显分层的典型样品，用环氧树脂固化，对断面做分区能谱扫描。结果表明，渣层生长初期相对成熟阶段，出现Fe、V、Ca 和 S的富集，而Si和Al则表现出相反的趋势。这主要是由于成长初期气相SO3 和V2O5等以及被熔融相Fe2O3包裹的SiO2小颗粒在热涌力和凝结等作用下输送到沉积表面发生粘附作用。初期的矿物组成相对成熟阶段含有较多长石类矿物，如钙长石和钠长石。对于成熟渣样，炉膛内沉积主要矿物组成为莫来石，2级(高温)过热器部位沉积主要为莫来石，方石英与微斜长石(钾铝硅酸盐)，而1级(低温)过热器与省煤器部位则出现一些钒酸钠，钒酸铁与硫酸钙沉积。     

神华煤结渣倾向和结渣机制研究

神华煤是我国储量大、发热量高的优质动力煤，但因其灰熔点低、易结渣，燃用神华煤的锅炉经常遇到严重的结渣问题。该文在0.25MW燃烧试验台架上对比研究2个典型煤种，即神华煤和新汶煤(高结渣倾向和低结渣倾向)的结渣动态过程，使用扫描电镜(二次电子成像)和X射线衍射仪 分别研究了神华煤燃烧过程中不同部位沉积样品的形貌学和晶相组成。结合灰污热流仪测试结果，提出了沉积灰渣的平均脱落周期和平均热流衰减幅度2个指标，这2个指标能够较好地定量判断不同煤种的结渣倾向。易结渣神华煤的脱落周期和平均热流衰减幅度分别为Tsh 3270min和Aq 3 92.7kW/m2；而不易结渣新汶煤的脱落周期和平均热流衰减幅度分别为Tsh =58.5min和Aq =23.77kW/m2。重点分析了高铁神华煤中铁的存在形式和转化过程，理论分析和试验结果表明，导致高铁神华煤结渣的一个重要因素是煤中硅酸盐形式含铁矿物质颗粒在炉内产生的粘附性熔融颗粒。     

Investigation of plasma treatment for hazardous wastes such as fly ash and asbestos

Hazardous wastes such as fly ash and asbestos can be melted by plasma treatment to convert them into blocks of vitrified slag resulting in a volume reduction by 49 to 65%. Vitrified slag of fly ash containing such heavy metals as Zn, Cu, and Fe has an extremely high resistance to water. Electric conductivity of the elution of 18.8 g of slag in 700 ml of distilled water is nearly the same as that of pure distilled water, being only about 0.1% of the electric conductivity of the solution of fly ash in distilled water. The surface of the molten asbestos becomes a hard shell without needlelike fibers, thus rendering asbestos safe for human health. As a result, plasma waste treatment can become a powerful tool for environmental protection. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 126(3): 73–82, 1999     

垃圾焚烧飞灰熔渣理化特性研究

城市生活垃圾焚烧炉(MSWI)飞灰的熔融处理是一种新兴的、先进的垃圾焚烧飞灰无害化、减量化、资源化处理方式.在电热式熔融试验装置上进行垃圾焚烧飞灰熔融试验研究,采用压汞仪系统地分析了飞灰熔融所得熔渣的物理特性(孔隙率、比表面积),并研究了熔融温度、时间对其物理特性的影响;采用XRD分析了飞灰与熔渣的晶相,研究了熔融温度、冷却方式以及氧化钙添加剂对熔渣晶相的影响.     

垃圾焚烧炉受热面的积灰腐蚀机理分析

对取自垃圾焚烧炉受热面的有腐蚀倾向的烧结积灰进行了微观分析、离子色谱分析以及物相分析。根据试验结果，认为积灰条件下的高温腐蚀机理属应力开裂腐蚀，烧结积灰的应力破坏作用和积灰中氯的离子扩散反应共同作用是导致金属氧化层破裂和脱落的主要原因。腐蚀积灰的结构特点是内层松脆，外层致密，积灰中氯的含量较高。积灰中的主要物相是CaSO4，离子态氯的主要赋存形式是CaCl2。硫酸盐化及其它复杂的多相反应是积灰致密化的重要原因，致密积灰应力作用造成的金属表面缺陷和底层积灰的疏松结构有利于腐蚀反应的进行。