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。     

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。     

生物质对高灰熔点煤灰熔融特性的调控机制

为探索生物质对高灰熔点煤灰熔融特性的影响,向鹤壁煤和晋城无烟煤中分别加入不同质量比的花生壳和玉米秸秆,采用智能灰熔点测定仪测定混合灰样的灰熔点,X-射线荧光仪和X-射线衍射仪分析灰熔融特性变化的原因。结果表明:随着生物质质量分数增大混合灰熔融温度逐渐降低,选择合适生物质质量分数能使灰熔融流动温度满足液态排渣要求;鹤壁煤混合灰样和晋城无烟煤混合灰样中的高熔点矿物质与煤灰其他成分反应生成了铁橄榄石、铁尖晶石、白榴石、钙长石和微斜长石等,这些矿物之间能够形成低温共熔物,从而导致混合灰的灰熔融温度降低。     

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.     

助熔剂对配煤煤灰熔融特性的影响

Shell煤气化工艺要求使用的煤灰熔融温度低于1 350℃。但是,经灰熔融温度测定,其设计煤种灰熔点远大于目标温度。为了满足工业生产要求,可以通过配煤联合添加助熔剂的方法来降低煤灰熔点。结果表明,助熔剂ADN、ADC、ADF、KZ3#均可不同程度地降低配煤的灰熔融温度。在配煤比例一定的情况下,助熔效果为ADF>ADN>KZ3#>ADC。对于同种助熔剂,在添加量一定的情况下,助熔效果因配煤中2种煤含量的变化而异。     

气化条件下煤灰熔融性研究

以CaO和Fe2O3为助熔剂,分别与7种煤样进行不同比例的混合,在气化条件下进行煤灰熔融性实验,降低煤灰熔融性温度,为生产合成气用煤的选择提供科学依据。实验结果表明,7种煤样的流动温度均能降至1400℃以下,煤灰添加CaO助熔剂时的灰熔融性温度变化比较稳定,而对Fe2O3助溶剂都较为敏感,仅在很小的含量范围内能达到最低点,而且规律性较差。     

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。     

添加助熔剂降低煤灰熔点及灰粘度的研究

本文着重介绍了助熔剂对我所试烧过的三种高灰熔点、高灰粘度煤及一种低灰熔点、高灰粘度煤的影响。选择出适宜的助熔剂,并确定了最佳添加量。初步探讨了灰熔点FT与流动点t_4的关系。简单介绍了给Q.W.-Ⅱ煤掺配G.C.煤降低灰熔点及灰粘度的实验室试验情况。     

助熔剂对宁东煤灰熔融特性影响的研究

通过添加CaCO3、MgO和Fe2O3三种助熔剂,考察其对宁东矿区两种煤样（1#、2#）灰熔融温度的影响,并利用三元相图及XRD对煤灰矿物组成进行分析.结果表明：在高温下煤灰中矿物质之间形成低温共熔物,使煤灰的灰熔点降低,且硅铝比较低的煤样具有较低的灰熔融温度.实验表明在弱还原性气氛中,三种助熔剂对2#煤样灰熔融温度的降低效果较明显.     

配煤对煤灰熔融性及黏温特性的影响

宁东地区煤种灰熔融温度和灰黏度均较低,是影响宁东煤化工基地大型气流床气化技术长周期稳定运行的关键因素,用X射线衍射分析(XRD)、Factsage软件、灰熔融温度测定仪和高温黏度测定仪探讨煤灰高温灰化过程中的矿物演变,研究配煤对宁东煤矿区配煤灰熔融特性及黏温特性的影响规律。结果表明,配煤比例与灰熔融特性、灰黏温特性均呈非线性关系。石槽村样煤(SM)与麦垛山煤样(MK)质量比为2∶8时,配煤的灰熔融温度为1 300℃,灰黏度5 Pa·s,基本满足德士古气化炉用煤的煤质要求,该配煤比例下高温灰的矿物组成主要是石英。可见通过配煤可以有效改善煤灰熔融及黏温特性。     

添加秸秆类生物质对长平煤灰熔融特性的影响

借助高温热台显微镜、扫描电子显微镜-能谱仪、灰熔点仪和X射线衍射仪考察了添加稻草和棉秆两种秸秆对长平煤灰熔融特性的影响.研究结果表明添加两种秸秆都能有效地降低长平煤灰的熔融温度.在高温弱还原性气氛下,长平煤灰主要矿物组成为耐熔性石英和莫来石,而添加秸秆后产生了白榴石、尖晶橄榄石、钙长石等低温共熔化合物,使长平煤灰熔点降低.不同灰的高温熔融图像表明,煤灰在熔融过程中由于受热而使固相持续软化,形成了不利于难熔物分解的高黏度熔体.而煤和稻草的混合灰在熔融时形成了易发生流动的低黏度熔体,能够促进矿物质发生反应而更易熔融.     

褐煤配入高熔点煤灰的灰熔点预测模型研究

测定了不同比例的褐煤与高熔点煤灰的混灰在弱还原气氛下的灰熔点,并且采用BP神经网络模型对灰熔点与灰成分及其组合参数之间的关系进行预测。结果表明:3种低灰熔点褐煤的灰熔融特性可以通过配入高熔点煤灰显著提高,混灰的灰熔点变化与配比间呈现非线性变化规律,灰熔点上升趋势总体可分为‘前段快速上升后段平缓’和‘前段快速上升中间段平缓后又上升’2种类型,配入灰熔点更高的高熔点煤灰对提高褐煤灰熔融温度效果不一定更优;使用摩尔分数作为基准,输入层包含8个灰成分参数和5个组合参数(硅值、酸值、碱值、白云石比率和R250)的BP神经网络模型对混灰熔点的预测优于仅包含8个灰成分参数的输入层预测模型,且该模型可对混合灰熔点的预测效果较好。     

新疆高钙煤混烧对灰中含钙矿物熔融特性影响

选用一种高钙和一种高硅铝新疆煤,在沉降炉中进行不同比例的混煤和单煤燃烧实验。采用计算机控制扫描电镜(CCSEM)分别对燃烧后总灰矿物成分和粒径分布进行分析。基于CCSEM分析获取单颗粒灰成分数据,采用热力学平衡方法对灰中矿物液相比例进行计算,分析混煤燃烧对灰中含钙矿物熔融特性影响。结果表明,煤中有机结合态Ca极易与煤中其他矿物元素发生交互反应,交互反应后含钙矿物种类取决于煤中内在矿种类。混煤燃烧会促进灰中含钙硅铝酸盐向含钙复杂硅铝酸盐转化,同时促进含钙矿物的熔融。在低温条件下,混烧煤灰中熔融含钙矿物粒径分布受碱金属粒径分布影响;但是高温条件下,混烧促进熔融含钙矿物向大粒径煤灰迁移。     

Effects of Xinjiang high calcium coal co-firing on melting characteristics of Ca-bearing minerals in ash

In this study, a high-calcium coal, a high-silicon-aluminum Xinjiang coal and their blends were burnt in a drop tube furnace. The computer-controlled scanning electron microscope (CCSEM) was used to analyze the total ash mineral composition and particle size distribution after combustion. Based on CCSEM analysis, the composition data of single particle ash was obtained. The thermodynamic equilibrium method was used to calculate the liquid phase ratio of minerals in the ash, and the effect of coal blending on the melting characteristics of calcium-containing minerals in the ash was analyzed. The results show that the organically bound Ca easily interacts with other minerals in the coal. The mineral species of Ca-bearing minerals in the bulk ash mainly depend on the included minerals in coal. Co-firing will promote the conversion of calcium-containing aluminosilicate in the ash to calcium-containing complex aluminosilicate, and at the same time promote the melting of calcium-containing minerals. Under low temperature conditions, the particle size distribution of molten calcium-containing minerals in co-fired coal ash is affected by the particle size distribution of the alkali metal; however, under high temperature conditions, co-firing promotes the migration of molten calcium-containing minerals to large particle size ash.     

TMA测定煤灰熔融性的研究

热机械分析仪(TMA)能连续测量煤灰加热过程中探头的位移率和位移速率,可以观察煤灰在整个加热过程中的熔融特性,与采用传统熔点测定仪(AFT)方法相比,能够避免操作者的主观影响,可以提高熔融性测试的重复率和再现性。     

生物质与煤混合灰的熔融及黏温特性

使用灰熔点测试仪研究了稻草、玉米秸秆、棉秆3种生物质分别掺入不同比例对鲍店煤灰熔融特性的影响,并利用高温黏度计考察了3种生物质掺入比例均为10%时对鲍店煤灰黏温特性的影响。结合X射线衍射仪分析测试结果,采用热力学计算软件FactSage得到了不同温度下灰渣熔融过程中物相及渣液内固含量的变化。结果表明：3种生物质掺混比例为10%～30%时,混合灰灰熔点均随生物质掺混比例的增加而降低,在较高的掺混比例下混合灰灰熔点呈现波动性,但均未高于煤的灰熔点。掺混比例为10%时,生物质的加入一定程度上改善了鲍店煤灰的黏温特性,可使气化炉操作温度下限降低约20℃左右。钙长石的生成是造成熔渣黏度迅速增加的主要原因。     

低灰熔融性神华煤干煤粉气化

神华煤具有灰分低、硫含量低、挥发分高、发热量高、水含量高的特点,但灰熔融性低于1200℃。采用Shell气化炉加工低灰熔融性神华煤时,出现了气化炉膜式水冷壁不挂渣,合成气冷却器结垢严重,干合成气飞灰过滤器滤芯频繁断裂,碳转化率低,CO变换催化剂失活等问题。通过在气化原料煤中掺混10%左右的高灰分、高灰熔融性的神华乌海高硫煤,使混合原料煤的灰熔融性高于1250℃。配煤后彻底解决了上述问题,装置运行良好。     

红外光谱分析淮南煤灰中矿物组成

选取淮南矿区HN115与HN119两种煤样,在氧化性气氛下,制成815℃煤灰。利用红外光谱研究了其矿物质组成以及煤中添加不同比例助熔剂CA后矿物组成的变化。结果表明:淮南煤灰中,矿物质组成为石英、硬石膏、方解石、高岭土和赤铁矿,其中硬石膏和方解石含量较低。煤中添加助熔剂CA后,煤灰中硬石膏含量增加,并且随着助熔剂CA量的不断增加,方解石含量在不断减少,硬石膏含量在不断增加。     

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.