煤灰熔融行为及其矿物质作用机制的量化研究

选取典型高灰熔点和低灰熔点煤种,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜能谱仪(SEMEDX)对高温气化条件下煤灰熔融行为及其矿物质演变规律进行了实验研究与量子化学计算.结果表明:高温下大量莫来石的生成是导致煤灰试样A具有高灰熔融温度的主要原因;煤灰试样B中由于存在较多的硬石膏、钠长石等低熔融矿物质,且CaO与莫来石反应生成钙长石与钙黄长石的化学反应在煤灰试样B熔融过程中起到了关键作用,从而使其具有低的熔融温度.经量子化学计算分析表明,由于莫来石易与电子接受体结合而难与电子给予体结合,在煤灰熔融过程中,莫来石易与煤灰中常见的碱性阳离子(Ca2+、Mg2+、Fe2+、Na+、K+)电子接受体反应生成其他物质,通过添加不同的阳离子可促使莫来石向不同矿物质转变,可以进一步控制煤灰的熔融变化过程及其熔融温度.     

煤灰熔融特性及矿物组成研究

将Na2O添加剂按不同比例掺入煤灰中制成混合灰样,测定其熔融温度的变化特性和矿物质形态特性,同时用五元体系热力模型相图计算对实验结果进行比较分析。相图计算结果与实验结果相比较,2者较吻合。     

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。     

CaO对煤灰熔融特性的影响

气流床气化炉采用液态排渣,高熔点煤灰不能满足排渣要求,煤灰的结渣问题和灰熔融性有很大关系。为研究CaO对煤灰熔融特性的影响规律,在煤灰中添加不同比例的CaO并对灰熔融温度进行测试。使用扫描电镜能谱仪对试样进行元素组成分析和微观形貌观察,使用X-射线粉末衍射仪分析灰样中矿物质变化。结果表明,随着CaO添加比例的增大,煤灰熔融温度先降低后增高。CaO添加比例从0增加到30%时,高温下高熔点的钙长石含量降低,生成大量低熔点的钙铁榴石,灰熔融温度逐渐降低。CaO添加比例继续增加,高熔点的硅钙石含量增多,灰熔融温度逐渐升高。对本研究煤种,CaO添加比例为30%时,降低灰熔融温度效果最好。     

碱金属K对无烟煤灰熔融性的影响规律

借助灰熔融性测定仪、X射线荧光光谱分析仪和热力学计算软件FactSage考察了不同比例的碱金属K对山西典型无烟煤煤灰熔融性的影响规律。结果表明:当K_2O的添加比例为10%时可有效降低无烟煤灰的熔融温度,而K_2O的添加比例超过10%时,煤灰熔融温度有上升的趋势;当K_2O的添加比例为10%时,灰中的主要耐熔矿物质石英(SiO_2)、白榴石(KAlSi_2O_6)和钙长石(CaAl_2Si_2O_8)等完全分解,是煤灰熔融温度降低的主要原因。     

气化条件下压力影响灰熔融特性的实验研究

利用加压热天平结合X衍射分析仪来研究压力对煤灰熔融特性的影响。受加压热天平温度的限制,只研究1100℃以下压力的影响。利用X衍射分析仪分析不同压力、不同温度下煤灰中的矿物质成分,根据X射线衍射图谱分析矿物质对灰熔融特性的影响,以及在不同压力和不同气氛下矿物质的变化和新生成矿物质对灰熔融性的影响。结果显示:CO2气氛下压力对煤灰矿物质的生成影响不大;N2及H2O气氛下压力具有促进煤灰低温矿物质向高温矿物质转化的作用。     

成灰温度对污泥灰矿物质演变及熔融特性的影响研究

采用STA、SEM、XRD等谱学表征技术对不同成灰温度下的污泥灰样进行理化特性分析。研究表明,低温灰样仍含有残余未燃尽物而呈黑棕色,矿物质成分变以方解石、石英以及焦磷酸盐为主,随着成灰温度升高,灰样中的未燃尽物逐渐燃烧分解而逐渐变为铁红色,并形成较多晶枝结构,直至熔融,同时矿物质成分变化显著,主要以中长石类、硬石膏、赤铁矿以及磷酸正盐为主。同步热分析实验表明,随着受热温度升高,不同成灰温度下的灰样均出现了吸附水、结晶水析出,污泥灰残余有机物燃烧分解,白云石、方解石和白云母分解,以及随后的硬石膏分解等失重阶段,而且成灰温度越低,终止失重质量越大。由于低温灰样保留了较多的污泥原有特征,因此吸热量大于高温灰样。     

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。     

提高煤灰熔融温度及其机理的研究

文章针对上海焦化有限公司煤的气化和燃烧工艺现状及其原料煤——神府煤灰熔融温度低的特点，通过实验，分别考察了粘土类阻熔剂以及与焦炭或其它煤混配对煤灰熔融性的影响，探讨了提高煤灰熔融温度的方法。结合X射线衍射及CaO-Al2O3-SiO2相图探讨了添加阻熔剂及配煤后的煤灰熔融机理，讨论了阻熔剂和配煤对煤灰熔融性的影响。从成本对比角度，为工业生产推荐了一套提高煤灰熔融温度的最佳方案。     

煤燃烧过程中矿物质蒸发与煤灰的沉积特性

通过典型煤种的实验和模拟计算驿煤燃烧过程中主要矿物质的蒸发进行了详细的研究，探讨了煤灰组成、燃烧温度和燃烧气氛等因素对这些矿物质蒸发的影响，然后结合几种红典沉积判别指数和已知煤的结渣倾向，分析了煤中主要矿物质蒸发与煤灰沉积的关系，得出了与实际相符的新结论。     

高灰熔点煤气化特性及灰渣熔融特性的研究

在0.1-0.2 kg/h小型电加热式常压气流床气化装置上,研究了不同温度、不同O/C物质的量比对高灰熔点煤气化特性和煤灰熔融特性的影响.结果表明：在不同温度下,随着O/C物质的量比增加,CO2体积分数呈线性增加.当O/C物质的量比较低时,H2和CH4体积分数较高;随着O/C物质的量比的增加,合成气中H2和CH4的含量下降较快.在不同温度下,随着O/C物质的量比的增加,碳转化率增加;但当O/C物质的量比达到1.1时,进一步增大O/C物质的量比,则使得炉内煤焦及合成气中可燃气体（CO、H2、CH4等）的燃烧份额增加,从而导致冷煤气效率下降;在该文试验条件下的最佳O/C物质的量比为0.9-1.1.对于淮南高灰熔点煤,该试验条件下适合干排渣工艺的最佳气化温度为1 300-1 350℃.     

高灰熔点煤加压气流床气化特性

在25 kg/h规模的沉降式加压气流床气化实验装置上,研究了高灰熔点煤种在固态排渣温度范围内的气化特性及灰渣熔融特性.结果表明,气化温度、碳转化率均随O/C物质的量比的增加而增加,冷煤气效率则随O/C物质的量比的增加旱现先增大后减小的变换规律;本实验条件下,最佳O/C物质的量比在1.0～1.2之间,此时冷煤气效率达最大值(42%左右),相应碳转化率为90%;对最佳工况下气化炉底部、旋风分离器和布袋除尘器内的灰渣进行SEM分析表明,该工况下气化炉底部、旋风分离器内的灰渣在整体上仍以固态形式存在,只是有部分低熔融成分发生熔融,其熔融部分的粒径在数微米左右,而布袋除尘器内的灰渣没有发生熔融现象.     

基于煤灰矿物相特性的灰熔点预测

以物质平衡为约束条件,采用在弱还原性气氛、温度为T时煤灰中可能存在的化学反应的吉布斯自由能变化之和的最小值min∑ΔGθT作为热力学平衡计算的目标函数,建立高温弱还原性气氛下的煤灰矿物相组成模型.引入各矿物相对应的熔点,构建矿物相组成与灰熔点之间的函数关系并用线性回归的方法确定熔点修正值,进而用迭代法建立了灰熔点预测关系式.结果表明:模型模拟得出的矿物相组成不仅与XRD谱图和Fact Sage谱图有着较好的相似性,而且其变化能反映煤灰熔融特性、预测灰熔点的变化趋势、判断煤灰中主要矿物相组成,灰熔点的预测误差均在-80~80K内.     

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.     

杜仲药渣与煤的混烧特性及灰熔融特性研究

本文采用热重分析仪分析了杜仲药渣和石下江煤的混合样品的燃烧特性,采用灰熔点测试仪、X射线荧光仪、X射线衍射仪及扫描电子显微镜对混合物灰样的灰熔融特性变化进行了分析.结果表明:药渣掺混比为40%时着火温度最低;加入90%药渣时,稳燃性指数、综合燃烧特性指数、最大燃烧速率和平均燃烧速率值均达到最大,燃尽温度最小;在杜仲叶渣和煤的共燃过程中,发生了协同作用,生成了一些新的矿物质,混合灰样的灰熔融温度随着药渣质量分数的增多而减小.     

高铝煤混燃飞灰电除尘特性的试验研究

我国部分地区的煤燃烧后飞灰的铝含量高达45%以上,严重影响了飞灰的电除尘性能,实际测定其飞灰比电阻达到了1012Ω.cm以上,使电除尘器效率明显下降。采用高铝煤与其它煤种按不同比例混配后在高温炉中燃烧,并测定燃烧后飞灰的粒径、比电阻等特性;对电除尘效率进行建模计算,在保证对锅炉燃烧热效率影响不大的情况下,找出最佳混配比例,使混燃后高铝煤灰的物化特性得到改善,从而提高电除尘效率。图3表4参8     

煤灰对石油焦水蒸气气化的影响

通过热天平实验，研究了煤灰存在时石油焦的水蒸气气化反应行为．实验研究发现，煤灰对石油焦水蒸气气化反应活性具有较好的催化作用，而且催化作用的好坏受煤灰添加均匀性的影响．煤灰含量增加，石油焦气化反应速率增加；在煤灰含量较小时，煤灰含量的变化对反应速率的影响较大．但随着煤灰含量增加，煤灰含量的变化对反应速率的影响逐渐不明显．煤灰的存在降低了石油焦气化反应的反应活化能．     

混煤恒温CO_2气化特性的试验研究

在自行搭建的热重分析仪上,对不同掺混比下由浑源煤、贵烟煤、淮东煤掺混得到的混煤进行了CO2气化实验,研究了不同配比混煤的气化特性。通过对比混煤固定碳转化率实验值和理论值,分析了混煤气化过程中存在的协同作用;求取了不同掺混比混煤的活化能,根据活化能随掺混比的变化规律分析了混煤的起始气化特性。     

煤粉炉联产水泥熟料煤灰熔融特性的试验研究

选用高硫长广煤为试验煤种、分析纯 CaO 和 MgO 为添加剂,按照设定的配料方案配制为混合煤粉.依据 GB/T 219-1996煤灰熔融特性测试方法,使用 SE-AF 智能灰熔点测试仪对混合煤粉的灰熔点进行了测量.结果表明:随混合煤粉中 CaO 添加质量分数的逐渐增加,混合煤粉灰熔融特性温度呈现 V 型变化规律;按照联产 Q 相水泥熟料配料方案配制的混合煤粉煤灰的结渣趋势程度属于轻微,较长广煤的结渣趋势程度有所降低.对软化温度下混合煤粉煤灰的矿物组成进行了 XRD 分析,并利用 CaO-Al2O3一SiO2 三元系统相图,进一步分析了混合煤粉熔融特性温度变化机理.结果表明:随着混合煤粉中 CaO 添加质量分数的变化,煤灰矿物组成中不同程度地出现低温共融体是煤灰熔融特性温度变化的原因.