生物质与烟煤灰的理化特性及混合灰熔融特性研究

文章利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线荧光衍射仪(XRD)、灰熔融特性分析仪对4种生物质(海草、梨木、榛子壳、稻秆)灰与神木烟煤灰的混合灰的熔融特性进行了研究。研究发现:水生生物质(海草)灰的掺混使混合灰的熔融特性温度先升高再降低;两种木本生物质(梨木和榛子壳)灰的掺混使混合灰的熔融特性温度逐渐升高;草本生物质(稻秆)灰的掺混对混合灰熔融特性温度的影响与水生生物质灰类似。由XRF分析可知:Na2O和CaO对于混合灰的熔融特性温度有更明显的影响,随着混合灰中Na2O含量的逐渐增加,混合灰的熔融特性温度逐渐下降;随着混合灰中CaO含量的逐渐增加,混合灰的熔融特性温度逐渐上升。由XRD结果可知:水生生物质灰在高温下容易形成熔点较低的碱金属硅酸盐,使混合灰的熔点降低;木本生物质灰中的CaCO3含量较高,能够提高混合灰的熔点;草本生物质灰与水生生物质灰类似,含有的低熔点碱金属硅铝酸盐使混合灰的熔点降低。     

高碱煤中钠基化合物对灰熔融特性的影响

选取新疆准东煤田高钠煤(五彩湾煤和天池煤)为研究对象,研究了准东煤中碱金属钠的赋存形态和钠基化合物对煤灰熔融特性影响机制.向低温灰中添加不同比例的Na_2O然后制取其高温混灰,利用X射线衍射仪分析矿物质组分在不同成灰温度下演化规律,探究碱金属钠对准东煤灰熔融特性的影响机制.结果表明:准东煤中钠以水溶钠形式为主;天池煤随着钠含量的增加,灰熔融温度先降低后趋于稳定;五彩湾煤随着钠含量的增加,灰熔融温度先降低后升高.天池煤掺混10%,Na_2O导致灰熔融温度降低,是由于煤灰中白云石、氢氧化钙分解产生大量CaO,碱金属钠促进CaO与煤灰中Si、Al等反应生成含钙钠的低温共熔体,且有低熔点矿物无水芒硝生成;五彩湾煤掺混10%,Na_2O导致灰熔融温度降低,是由于煤灰中新生成低熔点的钙铁辉石和无水芒硝,且碱金属钠促进钙铝黄长石和镁黄长石等含钙矿物质的低温共熔反应,掺混过量Na_2O导致灰熔融温度升高,这是由于煤灰中生成了大量高熔点矿物质.     

弱还原性气氛中碱金属盐对煤灰沾污特性的影响

将碱金属盐添加剂折算为对应的碱金属氧化物加入不同种类的煤灰中,在弱还原性气氛中进行烧结实验以研究煤灰沾污特性.结果表明:天池能源煤具有较强的沾污特性,这是因为其煤灰中Na元素含量较高;煤灰中加入碱金属盐可以明显促进煤灰的烧结,降低煤灰的初始沾污温度;煤灰的沾污特性受到碱金属盐与灰样中固有矿物成分的共同作用;低温阶段Na基化合物对煤灰烧结特性的影响强于K基化合物,而高温阶段则是K基化合物的影响更强.     

不同热转化条件下秸秆灰的熔融特性研究

生物质灰熔融特性的影响因素众多,为了系统地研究生物质灰在不同热转化条件下的熔融特性,以小麦秸秆为例,系统研究了反应温度、热解气氛、O₂体积分数等变量对麦秆灰熔融特征温度的影响规律,探究了麦秆灰的熔融特性。结果表明：随着热解温度升高,灰熔融特征温度升高,这是因为温度升高,碱金属随之挥发,而碱金属含量越低,熔融温度越高;随着气化温度升高,软化温度、半球温度、流动温度变化都不明显,但变形温度明显升高。温度的改变会造成麦秆灰残余矿物质的变化,低温物质转变为高温物质,熔融特征温度进而发生变化。反应气氛改变,麦秆灰的熔融特征温度也会发生变化。在O₂体积分数为6%～18%时,灰熔融特征温度并无明显变化。     

富磷添加剂对生物质燃烧中积灰结渣和腐蚀作用的探析

文章探讨了富磷添加剂对生物质燃烧过程中锅炉受热面积灰、结渣和腐蚀的作用机理,分析了其作用效果,考察了燃烧温度、燃烧气氛、生物质种类、Ca/K摩尔比、P/K摩尔比等主要因素对作用效果的影响规律。结果表明,富磷添加剂可以将烟气中的碱金属(主要是钾)和氯元素固定于底灰中,生成高熔点化合物,减轻碱金属熔融结渣和氯腐蚀。同时,添加剂改变了灰的物理和化学性质,使灰松软不易烧结,从而有效减轻了生物质燃烧过程中锅炉受热面的积灰、结渣和腐蚀。     

灰特性对燃煤炉内灰沉积行为的影响

为了解灰特性对燃煤炉内灰沉积行为的影响,以黄陵、神木和新汶3种具有不同灰特性的燃煤为研究对象,通过自制灰污热流探针和SiC结渣棒,分别模拟了正常情况及存在烟气冲墙贴壁情况下的锅炉受热面灰沉积行为,比较了灰渣外形、化学成分、熔融温度和热流变化率等特性参数,并通过对灰渣样晶的X-射线衍射、扫描电镜及能谱分析,获得了3种燃煤灰沉积物的元素组成、矿物相及微观结构和形貌特征.结果表明,由于Ca、Fe的协同作用,黄陵煤的灰沉积特性强于神木和新汶煤,Ca、Fe是引起这类煤灰沉积的主要矿物元素,硬石膏、钙长石和赤铁矿是灰沉积物中的主要矿物相;当存在烟气冲墙贴壁时,灰沉积物中Fe含量很高.使熔融温度大大降低,从而加剧受热面的灰沉积过程,在工程实际中应采取相应措施,避免出现这种情况.     

碱金属钾对高碱煤灰熔融特性影响研究

为研究碱金属钾对高碱煤灰熔融特性的影响，将不同质量分数的K2SO4添加到制备的煤灰中进行灰熔融特性分析，并使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对煤灰微观形貌及其矿物质演变规律进行了研究，结果表明：随着K2SO4添加量的增加，煤灰熔融温度先降后升，体积液相收缩率先升后降，两者相互印证，K2SO4的加入在一定范围内加剧了煤灰熔融性，超过这一范围时会减弱其熔融性。随着温度的升高，添加K2SO4的煤灰由红色变为棕黑色，同时发生烧结，当温度高于1250 ℃时，煤灰由固相逐渐变为液相。煤灰中加入K2SO4份额逐渐增高时，高熔点的石英、莫来石、钙长石等不断减少，产生了白榴石、钾霞石等矿物质形成的低温共熔体，从而降低了灰熔点，加剧液相的形成甚至形成致密烧结体。     

硅灰在对流管束表面沉积特性的试验研究

硅冶炼炉余热烟气中的硅灰在换热器表面沉积影响换热效率,研究了硅灰的基本粘结特性,及其在对流管束表面的沉积特性和清除方式。试验结果表明：硅灰的粘结性不强,主要在管壁迎风侧形成单侧楔形干松灰,虽然温度影响灰样的粒径分布,但管壁温度对硅灰的沉积和清除特性影响不大;越往烟气下游的受热面积灰越严重;存在临界烟气流速12m／s,当烟气流速超过该值,增大流速不再有利于减轻积灰;钢珠清灰可高效地清除管壁积灰,而机械振打效果不佳。     

基于电容测试方法的麦秆灰烧结熔融特性研究

基于电容测试方法并辅以莫氏硬度对麦秆灰的烧结熔融特性进行研究。与常规热重-差热分析仪(TGDSC)测试和灰熔点测试方法相比,该方法测试便捷,得到的烧结温度(835℃)贴近气化炉内真实烧结温度。在此基础上,进一步考察温度、加热时间、气氛等影响麦秆灰熔融特性的条件。研究发现:温度是影响麦秆灰结渣与否的关键因素,在不同温度下,灰组分变化主要包括SiO_2晶体的转变以及硅铝酸盐低温共熔体的生成,到达熔融温度990℃后,长石类矿物质特征峰消失,可能与玻璃体的生成相关;加热时间不影响烧结程度,N_2气氛下麦秆灰在烧结温度下的理论烧结时间为5 min,成钾长石的反应速率高于钙长石;在CO_2、N_2、空气3种气氛中,空气气氛下烧结温度略低,主要是因为在氧化性气氛下,麦秆灰更易于形成硅酸钾等低温共熔体。     

模拟碳烟在DPF过滤壁面上沉积特性的试验

基于可视化单通道试验台架,采用固体颗粒发生器产生来流颗粒使颗粒均匀沉积到柴油机颗粒捕集器(DPF)过滤壁面上,使用激光位移传感器在线测量过滤壁面上颗粒层厚度和电镜离线观测颗粒层形貌与结构,对碳黑颗粒特性和灰沉积量在DPF过滤壁面上的沉积过程开展研究.结果表明:针对颗粒层厚度曲线,沉积过程可分为深床期、长树期、搭桥期及颗粒层期;而针对过滤压降曲线分为深床期、过渡期和颗粒层期.随壁面过滤速度增大,过滤压降增大,颗粒层厚度增大,形成的颗粒层越致密,且厚度曲线进入颗粒层期的厚度从15μm增加至约30μm.在固定的壁面过滤速度工况下,由于碳黑颗粒特性存在差异,颗粒自身团聚程度越高(SB4AFW200PU),对应的最终过滤压降和堆积密度越大.在有灰沉积的工况下,随着灰沉积量从0 g/L增加至6 g/L,沉积碳黑颗粒时,DPF的初始压降增大,但最终过滤压降和碳黑颗粒层的堆积密度呈先减小后增大的趋势,尤其在灰沉积量为2 g/L时同时达到最低.     

准东煤燃烧过程中Na/Ca/Fe对结渣行为影响的机理研究

在一维沉降炉实验系统中进行准东煤燃烧实验,采用非冷却的取样探针在不同烟气温度下收集灰样并进行分析,以获得烟气中不同无机成分在结渣前的形态及灰颗粒间的结合方式.结果表明:当烟气温度为1 000℃时,存在熔融态Na的硅酸盐、硅铝酸盐和CaSO_4,这些熔融态的灰颗粒会撞击、黏附在管壁上;当渣层逐渐增厚时,表面温度升高,可能在渣层表面形成熔融态的膜,以捕捉其他灰颗粒;Fe具有助熔作用,可与硅钙镁铝钠体系形成低温共熔物,当Fe_2O_3颗粒撞击到焦体熔融表面时,其助熔作用会降低焦体表面的熔点而形成新的焦体.     

准东煤灰熔融特性试验研究

将神华准东煤（神华煤）和天池能源准东煤（天池煤）与碱沟煤按照不同质量掺混比进行混合并制得灰样,将NaCl、CaO、Al2O3和SiO2按不同添加比例加入神华煤和天池煤并制成灰样,对上述混合灰样的熔融特性进行研究.结果表明：碱沟煤掺混2种准东煤后,随着准东煤质量掺混比的增大,混合灰各个灰熔点特征温度先降低后升高;随着灰样中Na含量增加,准东煤灰样的变形温度显著降低,软化温度、半球温度和流动温度先降低后趋于不变;当灰样中Na含量达到一定比例后,NaCl对准东煤灰熔融特性的影响明显减弱;CaO对准东煤灰熔点的影响较复杂,可以降低也可以提高灰熔点;随着Al2O3添加比例的增加,准东煤灰熔点先升高后急剧降低;随着SiO2添加比例的增加,神华煤灰样的变形温度先升高后降低,而天池煤灰样的变形温度逐步升高,其他3个特征温度均逐渐降低.     

高碱煤燃烧过程中灰中主要元素的迁移规律

针对我国新疆高碱煤燃烧过程中的强沾污、结渣特性,对某300MW亚临界高碱煤锅炉炉内各受热面的沾污灰样进行了XRF和SEM-EDX分析.结果表明:在800~1 100℃烟气温度区间内,灰样中CaO、MgO和SO3的质量分数较高;当烟气温度降低至600~800℃时,灰样中Na2O、Fe2O3和SO3的质量分数较高,Na2SO4、CaSO4和NaFeSO4等物质是导致高碱煤燃烧过程中高温对流受热面发生严重沾污的主要原因;669~915℃烟气温度区间内的灰样发生初始熔融的温度及其所对应的液相质量分数要高于其他部位的灰样;灰样C颗粒表面附着粒径为2~4μm的富含Na、S的Na2SO4等颗粒,而钠的硫酸盐在高温下具有较高的黏性和较低的熔点,这是导致该温度下发生严重沾污的主要原因之一.     

恒温下准东煤粉燃烧特性研究

针对准东煤碱金属含量高导致灰熔融温度低、在燃烧过程中容易造成沾污及结焦等问题,利用恒温热重实验系统,研究了准东煤的燃烧特性及温度、煤种掺混等对燃烧特性的影响。实验结果表明：单煤煤种燃烧过程中,不同煤种燃尽时间、燃烧速率存在显著差异,其中路茂通坎乡煤种和永华金泰煤种差异最大,路茂通坎乡煤种易着火,燃烧速率快,燃尽时间短;随着温度升高,单煤燃烧失重曲线发生左移,燃尽时间缩短,燃烧速率上升,表明温度升高会加速煤粉燃烧,并且1 000℃后提高温度对焦碳燃尽的促进作用更明显;掺混燃烧过程中,掺烧高挥发分的煤种可以有效改善煤粉燃烧初期着火特性,而掺烧高固定碳煤种可使燃尽时间延长,从而降低燃尽率;混煤掺烧能够提高灰熔点,有效改善准东煤熔融特性,从而在煤源方面减少或者避免炉膛受热面沾污、结渣,确保锅炉运行的安全性和经济性。     

生物质灰熔融电容测试实验研究

提出一种利用电容测量生物质灰渣熔融状态的方法,以低熔点的玉米芯灰为样品进行测试,并与X射线荧光分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)、热重-差热分析(TG-DSC)结果进行比较。实验结果表明:玉米芯灰样在600~1000℃加热过程中质量的减少主要由灰分中KCl随加热过程挥发所致,并影响灰熔融温度预测结果;灰样烧结温度为800~900℃,电容测试结果为825℃,TG-DSC测试结果为875℃,灰熔点仪测试结果为990℃。电容测量结果与灰样熔融结渣情况一致,电容变化可准确反映灰样相变情况。与常规灰熔点测试和热重分析相比,该方法可实现实时监控测量,并减小测试过程中碱金属元素受热挥发造成的误差。     

生物质与煤混烧灰的熔融性实验研究

为解决生物质与煤混燃存在的结渣积灰问题.以稻秸秆、白杨木屑、稻壳和煤在不同配比下混合燃烧的灰分作为研究对象,利用HR-3C灰熔融性测定仪研究了生物质与煤混合燃烧的熔融特性.研究表明:生物质燃料中碱金属含量比煤中的含量要高,提高生物质的掺入比总体上会使灰熔融温度降低;此外,对于二氧化硅含量不同的生物质燃料其灰熔融性有所差...     

柴油机微粒捕集器流通性与微粒加载特性数值模拟

使用AVL-Fire软件建立柴油机微粒捕集器(DPF)三维计算模型,模拟DPF内的压降损失、深层微粒沉积、滤饼层微粒沉积和总微粒沉积特性.研究不同的排气流量、排气温度、初始灰分、灰分分布和微粒分布对DPF流通性与微粒加载特性的影响.结果表明:在微粒加载过程中(考虑微粒再生的影响),DPF压降主要由壁面压降损失、微粒深层...     

煤灰的沾污特性和锅炉设计

燃煤锅炉一般都会遇到灰沉积的问题。随烟气带走的飞灰通过各部分受热面时,会在受热面上形成灰沉积。灰沉积的程度和性质主要取决于煤灰的沾污特性(随煤灰成分而变),同时亦与煤灰含量、燃烧方式、炉子结构和运行工况等因素有关。受热面积灰后,吸热量减少,破坏了整个炉内热平衡,导致过热汽温改变,排烟温度升高,锅炉效率降低。灰沉积较严重时还会增加引风损失。据资料综述,由于受热面沾污,积灰等可影响锅炉效率1～2.5%左右灰沉积严重     

流化床中煤掺混垃圾燃烧时受热面积灰的研究

在利用小型流化床系统研究煤掺混垃圾燃烧时硫对有机污染物排放影响的过程中,发现处于烟气温度338～547℃的对流区域受热面存在积灰,为此对积灰形成过程进行了研究.结果显示,受热面灰沉积量随烟气温度降低而减少;随着混合燃料中垃圾含量及硫含量的增加,灰沉积量也减少.分析发现,沉积物主要由小于5μm的细小颗粒组成,其化学组成中绝大部分为氧化钙,且Ca/S摩尔比明显大于1,因此积灰主要是石灰石床料分解形成的细小氧化钙颗粒沉积所致,而沉积层中的硫酸钙则是沉积的氧化钙进一步反应的结果.燃烧高硫燃料时,由于烟气中SOx的浓度高,使存在于烟气中的粘附性强的氧化钙颗粒减少,进而抑制了积灰的形成.     

高岭土粒径对新疆煤积灰行为及烧结特性的影响

针对燃烧新疆煤面临严重的沾污结渣问题,添加高岭土添加剂是缓解该问题的有效途径。结合沉降炉积灰实验和固定床烧结实验对不同粒径高岭土的防控性能与机理进行研究。结果表明：高岭土通过自身的稀释作用和与煤中矿物的交互作用两方面共同改变新疆煤的成灰特性,进而影响积灰行为与烧结特性;细高岭土虽然通过交互作用可以有效抑制碱性物质气相沉积,但添加剂自身的稀释作用导致成灰粒径较小,更易在初始阶段形成积灰;在两方面的综合作用下,细高岭土和粗高岭土对初始阶段积灰生长的防控效果相近;此外,添加细高岭土后更小的成灰粒径分布促进灰烧结程度的发展,不利于沉积物的吹灰清除。