钙镁复合助熔剂对长平煤灰熔融特性影响研究

以高灰熔融温度长平煤为对象,分别向其中添加单助熔剂CaO、MgO和钙镁复合助熔剂,在高温还原性气氛下,分别利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDX)研究钙镁复合助熔剂对煤灰熔渣晶体矿物转化过程、微观形貌和微区化学组成的影响,揭示钙镁复合助熔剂的助熔机理.结果表明:添加6％钙镁复合助熔剂(WCao/WMgo=1),可将煤灰熔融温度降至1297℃,且助熔效果优于单助熔剂CaO、MgO;煤灰熔融过程中,离子半径较小的Ca2+、Mg2+容易进入空隙中,引起硅酸盐结构重组,分别形成架状硅酸盐钙长石、岛状硅酸盐镁橄榄石、镁堇青石等;钙长石与镁橄榄石等镁质矿物之间低温共熔体的生成,是钙镁复合助熔剂能够显著降低煤灰熔融温度的主要原因.     

镁基助熔剂对刘桥二矿混煤灰熔融特性的影响

研究了镁基助熔剂对皖北刘桥二矿混煤(AQ007)灰熔融特性的影响,并在添加镁基助熔剂前后分别对AQ007煤灰在不同热处理温度下的矿物组成进行了XRD和红外光谱分析.结果表明:导致AQ007煤灰熔点高的主要原因是1 000 ℃以上形成的莫来石引起的;加入镁基助熔剂可以降低AQ007煤灰的熔融温度;在高温下镁基助熔剂与煤灰中其他铝硅酸盐矿物发生反应,生成钙镁橄榄石、镁铝石、镁橄榄石和堇青石等低温共熔化合物,从而使煤灰熔点明显下降.     

高温还原性气氛下钙镁助熔剂对莫来石熔融性的影响

以莫来石为研究对象,向其中添加单助熔剂CaO,MgO和钙镁复配助熔剂,在模拟煤高温还原性气氛下,利用X-射线衍射仪研究了钙镁复合助熔剂对矿物转化的影响,借助FactSage热力学软件分析了添加钙镁复配助熔剂后灰渣在高温下的相平衡组成及矿物的组成含量变化,结合量子化学软件Material Studio 7.0对莫来石的建模优化,从分子水平揭示了钙镁复配助熔剂的助熔机理。结果表明:添加质量为莫来石质量20%的钙镁复配助熔剂(mCaO/mMgO=1)后,可将流动温度降至1 426℃,且助熔效果优于单助熔剂的助熔效果;莫来石熔融过程中,Ca~(2+)和Mg~(2+)易从莫来石晶格中的Al(6)—O(8)和Al(5)—O(7)两处进入铝氧八面体,引起硅酸盐结构重组,生成的低熔点长石类矿物和镁质矿物是钙镁复合助熔剂显著降低熔融温度的主要原因。     

铝厂污泥对低灰熔点气化型煤熔融特性的影响规律

研究了铝厂污泥在弱还原气氛下对福建建兴矿煤(JX)、永安矿煤(YA)和创宏矿煤(CH)熔融特性的影响,考察了添加铝厂污泥前后JX煤灰在不同热处理温度下的矿物组成变化. 结果表明,JX煤灰熔点低是1000℃以上形成低温共熔物引起的;加入铝厂污泥作为阻熔剂可提高JX煤灰的熔融温度,添加量达6%(w)时(以煤灰基计),可使JX煤灰软化温度提高到1250℃以上,满足气化炉固态排渣对灰熔点的要求;加入阻熔剂后,在1000℃以上JX煤灰内形成了莫来石,莫来石在灰渣中起骨架作用,并延缓低温共熔物形成,从而提高了灰熔点.     

高效助熔剂对煤灰熔融特性的影响研究

研究了高效助熔剂对皖北LE煤煤灰熔融温度的影响,对添加高效助熔剂后灰渣在高温下的矿物组成及表观形貌进行XRD和SEM分析,并与添加石灰石助熔剂的灰渣进行了对比。结果表明,高效助熔剂可显著降低煤灰熔融温度,并且在添加量仅为石灰石助熔剂1/2时,便可使LE煤灰熔融温度符合液态排渣的气化炉的要求;添加高效助熔剂后,灰渣在高温下生成的堇青石、钙长石及镁铁铝氧化物等助熔矿物,能显著降低煤灰的熔融温度,同时使灰渣表面的气孔和颗粒状物质减少,使灰渣表面变得光滑。     

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.     

铁系助熔剂对煤灰熔融特性影响的研究

文章选用A、B两种高灰熔融温度煤为研究对象,分别添加铁系单助熔剂和复合助熔剂,利用X-射线衍射分析方法考察添加助熔剂前后不同温度下煤灰中矿物组成变化,研究铁系助熔剂对煤灰熔融温度的影响。结果表明,6%的铁系单助熔剂和4%铁系复合助熔剂均能够降低A、B煤灰熔融温度至1350℃以下,复合助熔剂改善煤灰熔融温度有较好稳定性。添加铁系助熔剂后,煤灰在升温的过程中生成的钙长石和钙铁辉石使得煤灰熔融温度降低。     

铁钙比对煤灰中耐熔矿物生成的抑制机理研究

铁基助熔剂和钙基助熔剂能有效降低煤灰熔融温度,为了研究铁钙比(Fe2O3/CaO)对煤灰中耐熔矿物生成的抑制机理,根据煤灰化学成分组成,在三种不同系列的煤中加入含铁助剂,调整煤中的铁钙比,对煤灰进行灰熔融温度、煤灰成分分析,对还原性气氛下制备的煤灰渣进行X射线衍射分析(XRD).结果表明:加入含铁助剂可降低煤灰熔融温度,在相同铁钙比下,加入Fe助剂的煤灰熔融温度低于加入FeS2助剂的煤灰熔融温度,硫在煤灰中起增加煤灰熔融温度的作用;煤灰中铁钙比不同对高熔点矿物的生成影响不同,当铁钙比在1~2间时,灰渣中仅有钙长石,当铁钙比在3.5~5.5间时,灰渣中既有钙长石的也有耐熔矿物莫来石的存在,煤灰中铁质矿物和钙质矿物的含量对耐熔矿物的生成有很大影响.     

哈尔乌素煤中矿物固相反应对煤灰熔融特性的影响

以鄂尔多斯地区哈尔乌素煤为研究对象,利用光学显微镜和X射线衍射(XRD)等手段分析了煤中主要矿物组成,研究了助熔剂SiO_2,Fe_2O_3和CaO在不同添加量下对哈尔乌素煤灰熔融性温度的影响。利用FactSage软件中的Equilib模块,模拟了添加助熔剂前后煤中矿物的固相反应过程。结果表明:超过1 250℃后,哈尔乌素煤灰中的主要成分是长石和刚玉,刚玉质量分数超过了40%,这是原煤煤灰熔融性温度较高的重要原因。原煤中分别添加7%(质量分数,下同)的SiO_2,10%的Fe_2O_3和12%的CaO后,煤灰熔融温度降低幅度较大。高温下煤灰中部分耐高温矿物与助熔剂发生了固相反应,生成的低熔点矿物和低温共熔物是煤灰熔融性温度降低的直接原因。     

助熔剂对煤灰熔融过程中矿物行为的影响

针对淮南矿区高灰熔融性煤难以直接用于现有液态排渣煤气化工艺的问题,利用智能灰熔点测定仪和X-射线衍射仪(XRD)在弱还原性气氛下,分别对淮南矿区煤样以及添加助熔剂后灰熔融温度和煤灰矿物行为进行了研究.结果表明,随着灰化温度的升高,高岭石转变为莫来石;碳酸盐矿物逐渐分解.助熔剂ADF和ADC在不同的温度下,容易与煤灰中其他矿物形成硬石膏、赤铁矿、铁尖晶石、铁橄榄石和钙长石等助熔矿物,从而降低煤灰熔融温度.     

利用FactSage热力学软件预测还原性气氛下煤灰熔融行为特征的研究

1 INTRODUCTION The coal ash related problems are major concern to many coal companies and electrical power utili- ties[1―3]. The formation of slagging and fouling de- posits in combustion, agglomeration in fluidized beds, ash slag flow in integrated gasification combined cy- cle(IGCC)and other slagging reactors are directly related to the formation of liquid slag and to the sta- bilities of solid crystalline phases[4,5]. The traditional methods used to characterize the high temperature …     

Flux mechanism of compound flux on ash and slag of coal with high ash melting temperature

The melting temperature of Z coal ash was reduced by adding calcium–magnesium compound flux(W_(CaO)/W_(MgO)=1). In the process of simulated coal gasification, the coal ash and slag were prepared. The transformation of minerals in coal ash and slag upon the change of temperature was studied by using X-ray diffraction(XRD). With the increase of temperatures, forsterite in the ash disappears, while the diffraction peak strength of magnesium spinel increases,and the content of the calcium feldspar increases, then the content of the amorphous phase in the ash increases obviously. The species and evolution process of oxygen, silicon, aluminum, calcium, magnesium at different temperatures were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS). The decrease of the ash melting point mainly affects the structural changes of silicon, aluminum and oxygen. The coordination of aluminum and oxygen in the aluminum element structure, e.g., tetracoordinated aluminum oxide, was changed. Tetrahedral [AlO_4] and hexacoordinated aluminoxy octahedral [AlO_6] change with the temperature changing. The addition of Ca~(2+) and Mg~(2+) destroys silica chain, making bridge oxide silicon change into non-bridge oxysilicon; and bridge oxygen bond was broken and non-bridge oxygen bond was produced in the oxygen element structure. The addition of calcium and magnesium compound flux reacts with aluminum oxide tetrahedron, aluminum oxide octahedron and silicon tetrahedron to promote the breakage of the bridge oxygen bond. Ca~(2+) and Mg~(2+) are easily combined with silicon oxide and aluminum oxide tetrahedron and aluminum. Oxygen octahedrons combine with non-oxygen bonds to generate low-melting temperature feldspars and magnesite minerals, thereby reducing the coal ash melting temperatures. The structure of kaolinite and mullite was simulated by quantum chemistry calculation, and kaolinite molecule has a stable structure.     

Shell粉煤气化炉堵渣机理初探

针对中国石化安庆分公司Shell粉煤气化炉运行中出现的堵渣问题,对刘二矿煤进行了工业分析,结果表明：刘二矿煤质波动大,煤灰在高温弱还原性气氛下,生成大量莫来石,致使灰熔点高,无法直接用于气化;添加石灰石助熔剂后,灰渣能达到气化炉液态排查要求,但其黏温曲线随温度区间平移变化趋势不明显;大量钙长石晶体的迅速生成,是导致气化炉间或发生堵渣的主要原因。     

高温下煤灰热膨胀行为研究

为了更好地了解硅铝比在煤炭燃烧和气化过程中对炉体结渣和堵渣产生的影响,选取硅铝比不同的A、B、C三种煤样,在弱还原性气氛下,利用自主研制高温熔融装置,考察三种煤灰样在高温熔融炉中的形变情况,探究煤灰热膨胀行为。针对A煤样,将其灰化后分别添加SiO2和Al2O3,添加量为煤基的1%~5%,研究其高温下XRD物相变化、熔渣流动现象和熔渣表观形貌。结果表明:不同硅铝比的煤灰热膨胀行为存在差异,B、C煤灰产生明显热膨胀现象,A煤灰未出现此现象;添加SiO2的A煤灰产生明显热膨胀现象,而添加Al2O3却未出现膨胀过程。添加SiO2后的煤灰在高温下灰粘度会增加,气体较难透过粘稠液体相,造成煤灰在高温下会出现明显膨胀现象,进而会导致煤炭在燃烧和气化过程中出现炉体内壁的结渣和出渣口堵渣等问题。通过考察弱还原性气氛下,研究不同硅铝比对煤灰高温熔融过程形变的影响,为解决实际生产中气化炉结渣和堵渣问题提供理论依据。     

不同气氛下Ca-Fe二元助剂改变高硅铝煤灰熔融温度的规律和机制

准格尔高硅铝煤灰熔融温度（AFT）高,易引发液态排渣气化炉排渣口堵塞问题,需添加助熔剂降低AFT。利用灰熔融温度测试仪研究了不同质量比CaO/Fe₂O₃（Ca/Fe）助剂的助熔效果,结合热机械分析仪、热重-示差扫描量热仪、XRD以及热力学计算对比分析了氩气气氛与弱还原气氛下Ca-Fe协同助熔机理。研究发现,弱还原与氩气气氛下,AFT均随Ca/Fe增加先降低后升高,在Ca/Fe=1/1时AFT最低,但弱还原气氛下Ca-Fe的助熔效果优于氩气气氛。不同Ca-Fe助剂煤灰在变形温度（DT）、软化温度（ST）、半球温度（HT）和流动温度（FT）时对应的收缩程度差异较大,并且氩气气氛下熔融温度范围（DT~FT）内灰柱的收缩速率显著高于弱还原气氛下的收缩速率。氩气与弱还原气氛下煤灰的收缩过程均可分为三个阶段,且其收缩程度依次递增,但弱还原气氛下第一、二阶段收缩程度较氩气气氛下高。进一步研究表明第一阶段的收缩主要以化学反应引起的固相烧结为主,第二阶段以初始液相形成的液相烧结为主,而第三阶段的收缩行为最终决定煤灰的AFT。高温矿物演化行为显示莫来石和钙长石单独存在时AFT很高,但两者可以与含铁组分形成低共熔物降低AFT,并且Fe²⁺可以促进低共熔物的形成,促使弱还原气氛下低共熔物的生成温度低于氩气气氛下的。     

不同气氛下Ca-Fe二元助剂改变高硅铝煤灰熔融温度的规律和机制

准格尔高硅铝煤灰熔融温度（AFT）高,易引发液态排渣气化炉排渣口堵塞问题,需添加助熔剂降低AFT。利用灰熔融温度测试仪研究了不同质量比CaO/Fe₂O₃（Ca/Fe）助剂的助熔效果,结合热机械分析仪、热重-示差扫描量热仪、XRD以及热力学计算对比分析了氩气气氛与弱还原气氛下Ca-Fe协同助熔机理。研究发现,弱还原与氩气气氛下,AFT均随Ca/Fe增加先降低后升高,在Ca/Fe=1/1时AFT最低,但弱还原气氛下Ca-Fe的助熔效果优于氩气气氛。不同Ca-Fe助剂煤灰在变形温度（DT）、软化温度（ST）、半球温度（HT）和流动温度（FT）时对应的收缩程度差异较大,并且氩气气氛下熔融温度范围（DT~FT）内灰柱的收缩速率显著高于弱还原气氛下的收缩速率。氩气与弱还原气氛下煤灰的收缩过程均可分为三个阶段,且其收缩程度依次递增,但弱还原气氛下第一、二阶段收缩程度较氩气气氛下高。进一步研究表明第一阶段的收缩主要以化学反应引起的固相烧结为主,第二阶段以初始液相形成的液相烧结为主,而第三阶段的收缩行为最终决定煤灰的AFT。高温矿物演化行为显示莫来石和钙长石单独存在时AFT很高,但两者可以与含铁组分形成低共熔物降低AFT,并且Fe²⁺可以促进低共熔物的形成,促使弱还原气氛下低共熔物的生成温度低于氩气气氛下的。     

煤灰流动性研究方法进展

随着煤转化工业对转化率和生产效率要求的进一步提高,煤的热转化过程更趋向于在高温高压转化器中进行。在高温高压的液态排渣燃烧炉和气化炉中,煤中矿物质完全熔融成熔渣形式再排出。对于采用液态排渣和水冷壁的气流床气化炉,要求煤灰熔融温度低于操作温度,熔渣黏度范围为2.5~25.0 Pa·s,且在操作温度范围内黏度随温度的波动较小,因此气化过程中煤灰的熔融性和黏温特性是影响熔渣流动的关键因素。笔者论述了传统灰熔融评价方法的发展过程,各国标准方法的原理都是通过被压实样品在升温过程中的形变来判断得出熔融温度,但仅靠熔融温度无法提供实现现代大型气化过程精细化控制所需信息,而对煤灰熔融过程的全阶段测试有助于更准确地指导实际生产。对比各国研究者对熔融过程的定性和定量研究表明,熔融温度中的变形温度并非煤灰开始熔融的温度,针对煤灰沉积、烧结等问题,熔融全过程测试提供的开始收缩温度和热力学计算预测的液相最初形成温度有助于更准确地预测煤灰可能产生沉积或烧结的温度。黏温特性的测试目前仍依靠高温旋转黏度测试法,该法耗时较长且流程繁琐,因此研究者更趋向于用更简便和省时的方法实现对适用样品的黏温特性的快速筛选。除了试验方法,模拟计算方法在煤灰流动性研究中的应用越来越普遍,通过热力学计算和分子模拟方法,能够获得试验难以测得的矿物质组成及熔体的微观结构变化,且分子模拟中非平衡分子动力学方法可更准确模拟复杂流体的剪切稀化过程,从而获得更接近试验值的黏度计算结果。采用非平衡方法提高了计算结果的准确度,但也增加了计算的复杂程度及所耗费的机时,且目前煤灰体系的计算模型选择不多,因此采用分子模拟方法应综合考虑体系的复杂度与计算结果的准确性。随着熔融过程研究的进一步深入和模拟计算方法的普遍应用,试验结果呈现的宏观性质变化机理将更易于通过微观结构变化来阐明,反过来也将有助于优化现有的模拟计算方法和参数。