基于FactSage软件的煤灰熔融行为预测

煤灰熔融行为是煤炭气化和燃烧的重要指标,为了快速、准确预测煤灰在特定温度下的熔融行为,基于FactSage热力学模拟软件的功能特点,论述了该软件在模拟及预测煤灰熔融行为的应用现状及主要特点。利用FactSage热力学模拟软件可方便计算并得到相应的多元相图、广义相图,制备微晶玻璃、玻璃纤维等,指导煤灰的资源化利用。此外,FactSage热力学模拟软件还广泛应用于预测煤灰熔融温度、黏温特性,绘制简化煤灰相图,通过调整煤灰组成研究煤灰熔融特性的影响规律等方面,具有很好的准确性。根据FactSage可得到煤灰的简化组成相图,因此FactSage热力学模拟软件可高效、快捷、准确预测煤灰熔融行为。     

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。     

不同还原性气氛下ZJX煤灰结渣行为研究

以淮南矿区ZJX煤为研究对象,利用高温管式炉研究高灰熔点煤灰在不同还原气氛下的煤灰团聚(结渣)特性,探索高灰熔点淮南煤在气流床气化干法排渣技术中煤灰的结渣行为;考察了气氛对煤灰团聚(结渣)的表观形貌、机械强度的影响,采用X-射线衍射仪、扫描电镜研究不同气氛下渣样的晶体矿物转化、表面熔融状态。结果表明:随着通入气氛的还原性增强,1100℃ZJX的煤灰由团聚逐渐变成严重结渣,在N_2∶CO=6∶4气氛下,1100℃时渣样表面已出现熔融现象,晶体矿物出现硬石膏和莫来石,并且随着还原性气氛的增强,硬石膏、金红石和石英等晶体矿物相互反应,产生表面熔融是引起煤灰粘结的主要原因。     

利用灰成分预测煤灰熔融温度的模型研究

以149种硅铝比在1.8~3.0之间、碱性组分质量分数小于30%的煤样的灰流动温度(FT)为基础,引入影响因子FI,通过最小二乘法进行拟合,建立了关联各煤灰氧化物成分的熔融温度预测模型,相关性系数达0.974 2,该模型预测值与实验结果有较好的一致性。     

碱性氧化物对煤灰熔融特征行为的影响

利用分析纯试剂制备了酸碱比为0.82,但Na₂O、CaO、MgO和Fe₂O₃含量不同的合成灰,并在815℃下在马弗炉中进行灼烧后,对其熔融温度进行测定。同时利用扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）和X射线衍射仪（XRD）对样品微观形貌和矿物组成进行表征。结果表明：随着Na₂O质量分数从4%升高到12%,合成灰变形温度（DT）、软化温度（ST）、半球温度（HT）和流动温度（FT）分别从1225℃、1233℃、1255℃和1297℃下降为1162℃、1174℃、1181℃和1189℃,意味着Na₂O对合成灰具有较强的助熔效果;随着CaO和MgO含量在合成灰中分别增加,DT、ST和HT均单调上升,而FT则呈先下降后上升趋势,说明二者含量变化与合成灰熔融温度呈非线性关系;随着Fe₂O₃质量分数由5%增加至30%,FT由1215℃上升至1308℃,而其他3个熔融特征温度并无显著变化。通过SEM-EDS和XRD表征发现,合成灰中耐熔矿物（SiO₂和CaAl₂Si₂O₈等）和助熔矿物（CaMgSi₂O₆和NaAlSiO₄等）的比例变化和含钠矿物、含钙矿物之间低温共熔反应程度是影响其熔融温度的主要原因。综合对比所有合成煤灰熔融特征温度和化学组成发现,对于具有相同酸碱比的煤灰,DT主要与样品中Na₂O含量和碱土金属总量（CaO+MgO）密切相关影响,而FT主要受Na₂O和Fe₂O₃含量影响。     

弱还原气氛下不同化学成分对煤灰熔融性的影响

以宁煤煤灰为研究对象,研究了高岭土、Ca2SiO3、Fe2O3、CaO、Al2O3、SiO2等添加剂在弱还原气氛中对煤灰熔融性的影响.实验结果表明:SiO2,Al2O3,Fe2O3,CaO对煤灰熔融温度的影响基本都是随氧化物含量增加先降低后升高;酸性矿物高岭土可以显著提高煤灰的熔融温度;碱性矿物Ca2SiO3可以降低煤灰的熔融温度.在一定的含量范围内,高岭土、Al2O3、SiO2均可提高煤灰熔融温度,但高岭土效果较好;Ca2 SiO3、Fe2O3、CaO均可降低煤灰熔融温度,Ca2SiO3下降效果较为明显.     

镇雄煤中含铁矿物在还原性气氛下的转化行为研究

利用超声逐级化学提取法研究镇雄(ZX)煤中铁元素的赋存状态,而后灰化煤样,在还原性气氛下(CO∶N2=160∶40)继续热处理煤灰,制得不同温度下的渣样。借助X-射线衍射(XRD)和带能谱的扫描电镜(SEM-EDX)分析煤、煤灰及渣样的矿物组成和微观形貌。结果显示,ZX煤中的铁元素主要是硫化物结合态铁和铝硅酸盐结合态铁。煤灰中含铁矿物主要是赤铁矿,其含量随温度升高逐渐降低。在还原性气氛中,温度升至900℃,渣样中产生铁单质,1 000℃的渣样中析出陨硫铁。温度达到1 450℃时,渣体系无序性增加,铁质玻璃体是主要的含铁成分。     

镇雄煤中含铁矿物在还原性气氛下的转化行为研究

利用超声逐级化学提取法研究镇雄(ZX)煤中铁元素的赋存状态,而后灰化煤样,在还原性气氛下(CO∶N2=160∶40)继续热处理煤灰,制得不同温度下的渣样。借助X-射线衍射(XRD)和带能谱的扫描电镜(SEM-EDX)分析煤、煤灰及渣样的矿物组成和微观形貌。结果显示,ZX煤中的铁元素主要是硫化物结合态铁和铝硅酸盐结合态铁。煤灰中含铁矿物主要是赤铁矿,其含量随温度升高逐渐降低。在还原性气氛中,温度升至900℃,渣样中产生铁单质,1 000℃的渣样中析出陨硫铁。温度达到1 450℃时,渣体系无序性增加,铁质玻璃体是主要的含铁成分。     

还原性气氛下处理废塑料的工业化应用研究

在常规炼焦配煤中添加混合废塑料作为原料,通过稳定原料性质和采用不同炭化工艺,利用实验焦炉考察添加混合废塑料对炼焦的影响,以期得到生产不同规格焦炭的工艺路线.     

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。     

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。     

高温气化过程中降低煤灰熔点的实验研究

高灰熔融性好的寨崖底矿煤分别与低灰熔融性的露天煤、府谷煤按不同配比混合,制成2种配煤灰样,用HR-4灰熔点测定仪分别测定其在氧化性气氛和弱还原性气氛下的熔融特征温度。结果表明,配煤能有效改善煤灰熔融特性,但配煤灰熔融性变化与配比之间是非线性关系,弱还原性气氛下配煤改善效果显著。以硼砂作为助熔剂,按不同比例添加到高灰熔点煤潞安矿中,在弱还原性气氛下测定混煤灰熔融温度,结果表明添加少量比例的硼砂可以显著降低煤灰熔融性温度。对混煤灰进行的X-射线衍射实验表明,煤灰中矿物质形态的变化是混煤灰熔点降低的直接原因。     

原料组成对粉煤灰熔融温度的影响研究

以粉煤灰为主要原料,硼砂、钾长石和白云石为助熔剂,运用SJY影像式烧结点试验仪观察试样在高温情况下,其体积收缩、膨胀钝化及完全球化等变化情况,并记录各种情况发生时的相应温度,研究不同种类助熔剂及其加入量与熔融温度的关系,确定粉煤灰泡沫陶瓷制备的基础配方.实验结果表明:当原料组成为粉煤灰50wt%,硼砂为10wt%,钾长石和白云石总加入量为40wt%且钾长石∶白云石=3∶1时,试样的各项性能指标较佳.     

Viscosity predictions of the slag composition of gasified coal, utilizing FactSage equilibrium modelling

Agglomeration of ash particles provides the desired porosity of the ash bed for adequate agent (steam and oxygen) flow and distribution, whereas excessive slagging inside the gasifier can cause channel burning, pressure drop problems or unstable operation, resulting in cut backs on gasifier load, which implies a direct loss in gas production. The ash flow temperature (AFT) is one property that specifically gives more information on the suitability of a coal source for combustion or gasification purposes. However, normal AFT analyses give an average flow property and do not indicate exactly at what temperature the first melt/slag is occurring or what the properties of the slag is at a specific temperature. Operating experience indicates that even when the gasifiers are operated at temperatures above the flow temperature as given by AFT analysis, a low percentage of slag is formed.In this study, the focus will be on the application of viscosity determinations together with FactSage modelling. Conventional AFT analyses take the bulk chemical composition of the mineral phase into account, and does not differentiate between the composition in the slag-liquid phase and the composition of the crystalline phase. It is therefore important to describe the viscosity of not only the completely molten phase, but also the partly crystallised slag and liquid portion. The combination of viscosity predictions together with FactSage modelling will result in viscosity predictions of the actual liquid component, rather than just an average or pseudo-viscosity prediction of the total mineral system at a specific temperature.Based on the fact that the Urbain model assumes the composition as 100% liquid or molten, which is not the case for example during fixed bed gasification where the mineral structure is of a heterogeneous nature with partial melting and crystalline material, viscosity predictions of the slag or molten portion can be more accurately determined by using the FactSage results. The viscosities, as determined from specific slag compositions at specific temperatures between 1000 °C and 1250 °C, differ from the average viscosity prediction and is highly likely to be a more accurate prediction of the slag viscosity than just based on the average mineral composition. The viscosity of the actual slag composition also remains fairly constant up to temperatures >1200 °C. This can also be related back to the initial deformation temperature onset of the coal, where the slag properties are cumulative enough for the onset of deformation to start. The specific decrease of the viscosity at the temperature between 1200 °C and 1250 °C correlates with the slag formation trend as obtained with FactSage modelling.During the gasification process the viscosity of the slag portion decreases to ±3.5 cp, which is on the border between a weak deposit and strong deposit. With increasing temperature above 1250 °C, for this specific coal source the viscosity moved into the strong deposit region. After the gasification zone, the viscosity increased again as the material crystallised in the combustion process. For a specific coal source, the viscosity of the slag portion can thus be calculated. The major source of glass is derived from included minerals in carbon rich particles. It is clear that a focus on the modification of the unclassified/amorphous phase, to increase the viscosity (decrease slag formation or have a higher concentration of crystalline phases) at a certain temperature, is important.An AFT analyses only supplies information on the temperature where a mass of material, enough to deform the structure of the cone, starts to slag and does not give information on the properties of the slag below that point. The use of viscosity predictions together with FactSage modelling supplies a better understanding of slag and ash properties at specific temperatures.     

淮南粉煤灰现状及利用分析

在分析淮南电厂粉煤灰的理化性质以及特点的基础上,研究了粉煤灰带来的环境问题,重点探讨了其在农业领域、材料科学领域和工程领域的利用问题,并对今后应加强的重点研究作了展望.     

温度检测技术在鲁奇炉灰锁料位检测时的应用

通过对鲁奇炉的工况进行分析 ,说明了γ料位计应用于灰锁存在的一些不足及难以推广使用的原因 ,可在灰锁上安装热电偶 ,对检测温度趋势曲线进行分析 ,当灰锁满时 ,检测点的温度迅速上升 ,利用这一特点可实现对灰锁物位的检测 ,实践证明是可行的。     

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.     

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.     

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。