煤灰和生物质灰组成及灰熔融温度预测

炉内结渣是影响火电机组和气化工艺可靠运行的关键因素之一,准确及时测量灰熔融温度可提高火电机组和气化炉运行的安全性和经济性。但灰熔融温度测量过程中存在诸多不确定因素,建立灰熔融温度预测方法不仅能验证试验数据可靠性,也可在一定程度上代替繁琐复杂的试验。论述了煤灰和生物质灰的组成、分类方法及异同点,综述了不同氧化物对灰熔融性的影响。阐述了经验公式、机器学习模型、多元相图这3种主要煤和生物质灰熔融温度预测方法,并分析了各类方法的优缺点和适用范围。认为经验公式更适合品种单一且数量较少的煤灰数据集,但不适用于生物质灰熔融温度预测。机器学习模型对煤灰和生物质灰预测效果优良,但建模难度更大,所需训练样本数据更多。基于相图预测灰熔融温度受限于灰熔融性测试方法,预测效果并不优于经验公式和机器学习模型,但对4种典型煤种有较好的预测精度,而生物质灰相较煤灰而言特殊样本更多,能否用于生物质灰熔融温度预测需进一步研究。今后可考虑构建K近邻回归、随机森林等解决回归问题突出的模型,扩充生物质数据库样本,提升预测模型的精度和泛化能力。     

常用预测煤灰熔融性温度经验公式的适应性研究

以62组商业用煤为研究对象,在对其煤灰化学成分与灰熔融性温度关系初步分析的基础上,重点对常用的5个预测灰熔融性温度经验公式的预测准确性和适用性进行了研究。通过比较各经验公式计算值与实际测量值的偏差来检验其预测效果,并根据检验结果对其适用范围做了进一步说明。计算结果表明,由于煤灰成分的复杂性和经验公式所用煤种的局限性,经验公式的适用范围比较有限,预测精度有时不够理想。这一方面提示人们在使用经验公式时应关注其预测精度,同时也为深入研究煤灰熔融特性温度模型提供了有价值的参考。     

低熔点煤灰熔融温度调控研究进展

基于低灰熔点煤灰熔融温度的可控调整对煤的高效洁净转化意义重大,介绍了耐熔剂(Al_2O_3、SiO_2及TiO_2等单体耐熔剂和高岭土、硅基添加剂等复合耐熔剂)和配煤对低灰熔点煤灰熔融温度的影响规律,并从实验检测(XRD、SEM-EDX检测)和软件模拟(Fact Sage软件热力学计算和Gaussian量子化学计算)两方面综述了添加耐熔剂和配煤改变灰熔融温度的机理;阐述了支持向量机模型在煤灰熔融温度预测方面的应用。最后对提高低熔点煤灰熔融温度的研究方向提出了建议。     

煤灰熔融性温度影响因素及调控研究进展

总结了煤灰成分与熔融温度的关系,重点阐述了采用加入添加剂、配煤等方法对煤灰熔融温度进行调控及煤灰熔融温度变化机制的研究进展,对使用拟三元等温图、模拟计算等方法辅助研究煤灰熔融温度进行了介绍,展望了煤灰熔融温度的研究方向。     

煤灰熔融温度预测方法研究现状

为准确预测煤灰熔融温度,论述了国内外建立煤灰熔融温度预测模型的现状,重点分析了线性回归法、BP神经网络法、支持向量机法和Fact Sage软件法的应用情况及误差。回归分析法的应用最为广泛,其中利用最小二乘法拟合的预测公式的相关性系数较高,但适应性较差;BP神经网络法适应性较强,但必须输入大量数据对模型进行训练;支持向量机法虽然优于回归分析法与BP神经网络法,但不能阐明煤灰熔融过程中矿物演变规律,不能科学说明灰熔融特性变化机理。Fact Sage软件法不仅有较高的预测精度,还可阐明煤灰熔融过程中矿物质演变规律,优化煤灰熔融温度的评价标准,建立更可靠的预测模型。因此,Fact Sage软件法是应用前景广阔的煤灰熔融特性预测方法。     

煤灰熔融温度的准确测定

在煤的各项工业分析中,煤灰熔融性是动力用煤和气化用煤的一个重要质量指标,准确测定煤灰熔融性对生产运行十分重要。采用不同的制作煤灰灰锥的方法测定煤灰的熔融性温度。     

基于Bagging集成CHAID决策树算法的神东矿区煤灰熔融温度预测

为了预防神东煤在气化过程中结渣的问题,以部分神东矿区煤的灰成分为自变量,灰熔点软化温度ST和流动温度FT为因变量,建立了Bagging集成CHAID决策树算法的灰熔点预测模型。结果表明：针对本文数据集,CHAID决策树最大树深度设置为5,决策树个数设置为10的模型预测效果最好;模型对小样本的FT预测精度略高于ST预测精度。因此,基于Bagging集成CHAID决策树预测煤灰熔融温度模型对气化炉的安全稳定运行提供重要指导。     

神经网络法预测煤灰中铁钙比与灰熔融温度的关系

向铁钙比不同的ZX煤、SH煤、LY煤中添加Ca、Fe助剂,改变煤灰中Fe2O3/Ca O,测定煤灰在弱还原气氛下的灰熔融温度,采用BP神经网络模型预测灰熔融温度与灰成分及其组合参数之间的关系。结果表明,3种煤中加入Fe S2、Fe、Ca CO3后,灰熔融温度均降低。当添加同种含Fe助剂,在中铁高钙的煤中,铁钙比越小,煤灰流动温度越低;而在低铁低钙的煤中,铁钙比越大,煤灰流动温度越低。同一煤样,加入不同含Fe助剂,相同铁钙比时,加入单质Fe的煤灰熔融温度更低。铁钙比对煤灰熔融温度的影响还与灰成分等其它因素有关。使用质量百分数作为基准,输入层包含8个灰成分参数和3个组合参数(铁钙比、铁钙和及酸碱比)的BP神经网络模型对灰熔融温度的预测优于仅包含8个灰成分和酸碱比的9参数输入层预测模型,该模型对高铁低钙的煤样灰熔融温度的预测效果较好。     

神经网络法预测煤灰中铁钙比与灰熔融温度的关系

向铁钙比不同的ZX煤、SH煤、LY煤中添加Ca、Fe助剂,改变煤灰中Fe2O3/Ca O,测定煤灰在弱还原气氛下的灰熔融温度,采用BP神经网络模型预测灰熔融温度与灰成分及其组合参数之间的关系。结果表明,3种煤中加入Fe S2、Fe、Ca CO3后,灰熔融温度均降低。当添加同种含Fe助剂,在中铁高钙的煤中,铁钙比越小,煤灰流动温度越低;而在低铁低钙的煤中,铁钙比越大,煤灰流动温度越低。同一煤样,加入不同含Fe助剂,相同铁钙比时,加入单质Fe的煤灰熔融温度更低。铁钙比对煤灰熔融温度的影响还与灰成分等其它因素有关。使用质量百分数作为基准,输入层包含8个灰成分参数和3个组合参数(铁钙比、铁钙和及酸碱比)的BP神经网络模型对灰熔融温度的预测优于仅包含8个灰成分和酸碱比的9参数输入层预测模型,该模型对高铁低钙的煤样灰熔融温度的预测效果较好。     

利用煤炭成份计算我国煤灰熔融性温度

根据近８００多个煤成份试样和１１００多个灰熔融 性样品研究了中国煤炭成份和灰熔生的关系，据此推导出了利用煤灰成份计算灰熔融性软化温度和流动温度的多元回归式，这些回归式有较高的精度，可供广大用煤部门使用。     

高硅铝煤灰熔融流动特性的调控研究进展

在对添加剂(钙基、镁基、铁基)、生物质(K、Na)、配煤三种调控方法讨论的基础上,对煤灰流动温度的变化规律进行了分析,并从低温共熔、成键机理和吉布斯自由能角度论述了流动温度降低的机制。最后对预测煤灰流动温度的方法(最小二乘法、多元线性回归分析)进行了归纳。为添加剂、生物质和配煤调控高硅铝煤的灰熔融流动特性提供指导,从而促进高硅铝煤的高效洁净转化。     

煤灰成分对煤灰熔融特性的影响

以神木西沟煤为煤样,研究了煤灰化学成分和灰熔融性的关系,考察了灰成分对煤灰熔融温度的影响,得出了提高煤灰熔点的最佳方法.实验结果表明,添加适量的氧化物会提高煤灰的熔融温度.要使灰软化温度超过1 350℃,SiO2的添加量至少4.0%,Al2O3的添加量至少2.0%,CaO的添加量至少2.0%.从工业生产实际出发,应考虑添加CaO,Al2O3或SiO2,即添加廉价的高岭土、石灰石、蒙脱土之类的添加剂,进而扩大煤的使用范围.     

煤灰熔融性的研究

本文从化学和矿物角度，对我国３７个煤灰样品及在此基础上配制的３０个煤灰样品的熔融性进行了研究。结果表明，利用煤灰熔融温度的变化规律，采用配煤方法可以改变和控制煤灰的熔融温度，达到煤的最佳利用效果。     

煤灰熔融温度计算公式的研究

依据172组商业用煤分析数据,对7种经验公式的准确性和适用性进行了检测;在此基础上,进一步对煤灰酸碱比与ST和FT关系进行了分析,采用分段拟合的方法,推导出利用煤灰酸碱比计算ST和FT的一组关系式,预测结果与实测值具有较好的一致性,且关系式适用范围较广,可对实际工作起到指导作用。     

配煤煤灰熔融特性模拟研究

煤灰熔融特性是影响液态排渣气化炉运行稳定性的重要因素,高熔点煤会造成气化炉排渣困难,从而导致气化炉非计划停工。为了将高灰熔融温度的朱集西煤应用于液态排渣的SE-东方炉,利用热力学软件Factsage,研究朱集西煤、神华煤、门克庆煤及朱集西-神华配煤、朱集西-门克庆配煤的煤灰熔融特性,包括全液相温度、灰渣矿物组成及煤灰黏度的变化规律。朱集西-门克庆配煤和朱集西-神华配煤的完全熔化温度分别为1 390℃和1 400℃,配煤灰熔融温度并不是单纯2种煤的灰熔融温度加和; 800℃时2种配煤中堇青石和钙长石含量较高,900℃时朱集西-神华配煤灰中出现少量尖晶石;朱集西-神华配煤在黏度为25 Pa·s时的温度为1 400℃。结果表明,朱集西-门克庆配煤可满足SE-东方炉入炉煤的煤灰流动温度要求,但其在SE-东方炉正常操作温度下灰渣黏度较大,无法顺利排出;朱集西-神华配煤在有效降低灰熔融温度的同时,改善了灰渣的黏温特性,与主体煤朱集西煤相比,灰渣黏度为25 Pa·s时的温度降低100℃,渣型由"塑性渣"变为"玻璃渣",适用于SE-东方炉。朱集西-神华配煤中熔融温度低的堇青石和钙长石含量较高,钙长石和尖晶石形成低温共熔体,是配煤灰熔融温度低的主要原因。     

降低高铝煤灰熔融温度的助熔机理研究

文章对高灰熔融温度BLG煤进行配煤添加助熔剂实验,将高铝BLG灰熔融流动温度降低到1306℃。结合XRD、SEM-EDX分析研究发现,灰渣中生成大量的助熔矿物钙长石是使BLG灰熔融温度降低的主要原因;随着温度的升高,钙长石与其他矿物形成共熔体,使灰渣液相含量大幅度增加,导致煤灰熔融温度降低。     

煤灰成分对灰熔融特性影响的多角度分析

以实际煤气化生产用原料煤为例,基于生产中煤灰成分与灰熔融特性的检测数据,对煤灰中总酸、总碱、酸碱比以及SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO含量对灰熔点的影响进行分析,对熔融指数FI、灰渣形式与灰熔点的关系进行探讨,旨在从灰成分的不同角度研究煤灰灰成分对灰熔点的影响.结果表明,煤灰中单一化学成分含量多少与煤灰熔融特征温度间没有绝对的规律,且目前不同的学术研究观点也对煤灰成分与灰熔融特性的关系有不同的见解,没有普遍和万能的理论规律,因此需要对二者的关系有一个辩证客观的认识.