不同密度准东高铁煤熔融特性

研究不同密度准东高铁煤灰熔融特性,可探究准东高铁煤灰不均匀熔融规律。用有机重液浮沉法分离准东高铁煤不同密度组分,测定各煤样低温灰化后矿物组成及煤灰化学组成、熔融温度,经XRD和SEM-EDS分析熔融灰矿物组成、微观形貌和元素分布。发现准东高铁煤分离出不同密度组分主要分布于1.40~1.50 g/cm^(3),占51.79%,煤中铁赋存形态主要为硫铁矿及少量菱铁矿;煤灰中元素不同,分离出组分密度也不同,且随Fe元素含量增加煤样组分密度增大,在密度组分>1.50 g/cm^(3)的制备煤灰中Fe元素质量分数达67.50%;各组分灰成分差异大,煤中Fe是影响熔点主要因素之一,可显著降低整体煤灰熔融温度;结合高温灰样XRD与SEM-EDS分析,不同密度组分中钙铝黄长石含量增加是导致灰熔融温度增加的原因;Fe、Mg主要富集于轮廓较明显块状灰颗粒,Si和Ca主要富集于熔融区域,且随密度增大块状颗粒含量增多;块状灰颗粒矿物主要为镁铁氧化物和赤铁矿,熔融区域矿物主要为钙铝黄长石,在1300℃煤灰中熔融区域与块状颗粒并未熔合,可知高铁煤中Fe主要存在于煤中外来矿物,且含钠矿物与钙铝黄长石发生低温共熔,熔融区域熔点降低。

工业固废对高灰熔点煤灰熔融特性的影响及机理

煤灰的熔融特性是气化用煤的重要指标,工业生产中钙基和铁基助熔剂被广泛用于降低高灰熔点煤灰的熔融特征温度。本文选取了4种含钙和含铁的工业固废,即脱硫石膏、电石渣、赤泥和钢渣,作为助熔剂,考察了高温弱还原性条件下工业固废添加对高灰熔点潞安煤灰熔融特性的影响,并分析了工业固废的添加与高温下煤灰矿物质组成的关系。结果表明:工业固废添加量为2%~8%时,高熔点潞安煤灰的熔融特征温度均降低,但影响程度不同。随着赤泥和电石渣添加比例的增大,潞安煤灰的熔融特征温度显著降低,添加4%的赤泥和电石渣时,煤灰的流动温度分别降低至1376℃和1392℃;添加钢渣和脱硫石膏,且添加量为2%时,煤灰的流动温度降低至1380℃和1410℃,但随着添加比例的增大,降低的幅度变小。添加赤泥时,潞安煤灰中莫来石和硅线石含量减少,生成了低熔点的钙铁辉石和铁尖晶石;添加电石渣时,高温下主要生成的矿物质为低熔点的钙长石;添加钢渣时,煤灰中莫来石与氧化物反应转变为低熔点的钙长石和单斜辉石;添加脱硫石膏时,高温下主要的矿物质为低熔点的钙长石。综合考虑四种含钙和含铁工业固废添加对煤灰熔融性和气化设备的影响,含铁工业固废钢渣和含钙工业固废电石渣可作为降低高灰熔点煤灰熔点的助熔剂,且添加比例为4%时,煤灰的流动温度能够满足气流床气化炉对煤灰流动温度的要求。

油茶壳与煤掺混燃烧提升灰样的灰熔融温度

生物质与煤混合燃烧是减轻碳排放最有效的方法之一,对节约使用煤炭资源,发展生物质能源具有重要意义。以油茶壳(CS)和神木煤(SM)为研究对象,借助X射线荧光仪、X射线衍射仪、灰熔点测试仪和扫描电子显微镜,分析了不同掺混比的油茶壳与神木煤混合物(CS-SM)燃烧后的灰熔融特性。研究结果表明:添加CS能够明显改变CS-SM灰的灰熔融温度;CS-SM灰的灰熔融温度随着CS-SM中CS质量分数的增加而增加,其中软化温度增加的幅度最大,变形温度增加的幅度最小;当CS-SM中油茶壳掺混比不低于70%时,CS-SM灰的流动温度大于1 350℃,符合固态排渣要求;油茶壳与神木煤混合,在燃烧过程中发生了相互作用,生成了方解石、钙黄长石、六方钾霞石、方镁石等高熔点矿物质,从而导致了CS-SM灰的灰熔融温度升高;由扫描电镜图可知,CS-SM燃烧比较充分,灰渣颗粒随着CS-SM中CS质量分数的增加而增大。

航天炉高硅铝烟煤煤灰熔融及黏温特性调控研究

具有高灰分、高硅铝、低硅铝比(质量比)煤灰特性的动力烟煤在气流床气化炉上鲜有应用,其煤质特性偏离气化用煤指标,且调控难度非常大。为将具有上述煤灰特性的动力烟煤应用于航天炉气化,开展煤质特性调控研究,利用灰熔融测试仪、高温旋转黏度仪以及热力学计算软件FactSage,研究了动力烟煤(HS)添加不同质量比的工业助熔剂(石灰石、铁矿石和二者复合助剂)以及配煤(白石湖煤)对煤灰熔融特性、黏温特性以及矿物质组成的影响。结果表明:HS灰硅铝比为1.32,酸碱比为12.82。热转化过程中煤灰矿物组成以莫来石为主要成分,是其四个灰熔融特征温度均高于1500℃的根本原因,黏温特性的调控难度大于一般晋城无烟煤黏温特性的调控难度;同等比例下工业助熔剂按调控效果由大到小依次为铁钙复合助剂、铁矿石、石灰石;单一石灰石助熔剂对HS的调控效果不佳,针对此类煤灰特性,宜选用铁钙复合助剂或与高碱金属煤灰特性的煤混配以降低灰熔融温度,改善黏温特性,即同时增加煤灰中CaO和Fe_(2)O_(3)等碱金属含量,使其在矿物质热转化过程形成如钙铁辉石、易变辉石、透辉石、堇青石和霞石等低熔点矿物质或多元低温共熔物,从而降低体系熔融温度。

气化无烟煤高效助熔剂研究与实践

研究了晋城矿区高硫无烟粉煤的煤灰特性,特别是灰熔点和黏温特性。针对这些特性,通过大量基础分析和试验,采用添加助熔剂的方法,成功将入炉煤灰熔点降低至1300℃左右,保证了气化炉的稳定运行。

污泥对高灰熔融温度煤灰熔融特性调控机制

我国高灰熔融温度煤储量巨大,灰中硅铝含量高,而部分污泥中碱性氧化物含量高,将其与高灰熔融温度煤共气化为高灰熔融温度煤灰熔融特性的调控提供了可能。研究了城市污泥(CS)和制药污泥(ZY)对高灰熔融温度焦作煤(JZ)灰熔融特性的影响。结果表明:向JZ灰中添加CS灰和ZY灰均可降低其灰熔融温度,添加ZY灰对JZ灰熔融温度降低效果更明显;CS灰和ZY灰的添加比例分别为15%和10%时,2种混合灰的流动温度降至1380℃以下,满足气流床气化液态排渣要求。CS灰CaO含量高,ZY灰Fe_(2)O_(3)含量高,随污泥灰添加,CS灰中CaO与Al_(2)O_(3)和SiO_(2)反应生成的钙长石增多,其与石英发生共熔导致液相含量增加降低了灰熔融温度;弱还原气氛下JZ-ZY灰中Fe 3+被还原为Fe 2+,并使生成的铁尖晶石等铁系矿物质增多,低熔点铁尖晶石在低温下熔融及铁系矿物质与其他物质发生的低温共熔降低了JZ灰熔融温度。污泥灰添加比例相同时,与JZ-CS灰相比,JZ-ZY灰中理论固相含量更低;晶相衍射峰强度和数量更低;1500℃时,ZY灰占比25%的混合灰达到全液相状态,而CS灰占比25%的混合灰中仍有部分莫来石。摩尔离子势α与2种混合灰的特征温度均呈线性正相关。JZ-ZY灰的α降幅更大,因此JZ-ZY灰熔融温度降低更明显。

高钠煤气化过程中的灰化学研究进展

煤气化是发展煤基大宗化学品及清洁燃料的关键技术,也是实现双碳目标的重要途径。准东高钠煤中碱金属钠含量高,气化过程中碱金属钠释放造成严重的灰释放问题,因此,探究准东高钠煤在气化过程中灰沉积、结渣机理及煤灰流动性对准东煤的清洁高效利用具有重要意义。鉴于此,综述了近年来气化过程中高钠煤的灰化学研究最新进展。总结了煤中钠的赋存形态及含量,阐明了气化过程中钠的迁移转化机制及钠释放导致气化炉受热面造成的灰沉积、结渣问题。由于高钠煤中钠释放主要受气化温度的影响,因此成灰温度不宜高于500℃。气化过程中易生成熔点低的含钠矿物质,降低高钠煤煤灰熔融温度。高钠煤中钙、铁含量高时,煤灰中钙长石及钙铝黄长石在高温下生成低温共晶体、Fe^(2+)与煤中矿物质反应形成低熔点尖晶石均是加剧煤灰熔融的重要原因。同时,热转化过程中气氛对高钠煤中矿物演化具有一定影响。高钠煤灰的熔融区间窄,熔融速率快,表明高钠煤灰流动性强,由于Na+的离子势较低,O_(2)^(-)被Si^(4+)夺取,导致桥氧键断裂成非桥氧键,熔渣网格结构解聚,黏度降低,其熔融机理符合“熔融-溶解”机理。降温过程中晶体的析出对黏度的影响至关重要。Na_(2)O的引入降低了熔渣析晶体温度,改变晶体类型,同时降低熔渣的黏滞活化能及结晶能力。

高碱煤灰渣结渣倾向及过程

结渣是限制高碱煤大规模燃烧利用的关键问题,针对该问题以高碱金属和高碱土金属两类电站锅炉灰渣为研究对象,通过灰熔融温度测试仪、热机械分析仪、热重-示差扫描量热仪、XRD以及热力学软件FactSage系统探究了高碱煤灰渣结渣倾向及结渣过程。研究发现高碱煤灰渣中碱金属主要以硅铝酸盐存在,而碱土金属主要以硫酸盐存在。高碱金属煤灰渣初始烧结温度高于高碱土金属灰渣,但高碱土金属煤灰渣熔融温度范围大于高碱金属煤灰渣。初始烧结温度与沉积指数均可用于高碱煤灰渣结渣倾向判断,但灰渣化学成分中CaO、K_(2)O+Na_(2)O、SiO_(2)/Al_(2)O_(3)、碱酸比B/A及矿物成分中碱土金属硫酸钙、碱金属硅铝酸盐含量与结渣倾向判别指数间无直接对应关系。高碱煤灰渣的熔融主要经历2个阶段,第1阶段是低熔点碱金属矿物(钠长石、霞石)的熔融或与煤灰中其他矿物反应(石英、白榴石)形成初始液相;第2阶段主要是碱土金属矿物(辉石、钙长石)参与低温共熔反应形成大量液相。

基于聚类分析与粒子群算法优化神经网络的灰熔点预测

针对解决燃煤锅炉或气化炉的结渣现象,影响锅炉安全性问题,以灰成分金属氧化物为自变量,灰熔点流动温度为因变量,建立了K-Means-PSO-BPNN的灰熔点预测模型,误差分析结果表明,经过粒子群算法优化,BP神经网络模型在聚类分析后的预测效果得到了显著提高,表现出更好的相关性,相关系数为0.967,高于未优化的0.917,平均绝对误差为5.81,小于未聚类的26.98,并且模型的准确性提高到98.89%。因此,聚类分析以及粒子群算法优化后的神经网络模型能够更准确预测煤灰的流动温度(FT)。

硅铝协同利用制备高钙粉煤灰基ZSM-5分子筛

利用粉煤灰(CFA)生产分子筛是实现其高附加值利用的有效途径。以高钙粉煤灰为原料,结合高温焙烧、酸浸纯化和碱熔活化等预处理技术,采用变温水热晶化法制备了纯净的ZSM-5分子筛。采用XRD、XRF、FTIR、SEM、NH 3-TPD、OH-FTIR及N 2吸附-脱附等手段对样品的组成、结构、形貌和酸性质进行表征。结果表明,酸浸纯化可去除96%以上的氧化钙,碱熔活化将惰性莫来石晶相转变为可溶性硅铝酸盐。低温-高温两步水热晶化法制备的ZSM-5分子筛结晶度高、粒径小(800 nm×300 nm×100 nm)且分散度好,具有较高的比表面积(319.22 m^(2)/g)、外表面积(48.28 m^(2)/g)和丰富的微孔结构(0.16 cm^(3) g)。与化学试剂为原料一步水热法合成的HZSM-5相比,高钙粉煤灰基HZSM-5酸强度略有下降,总酸量和Bronsted酸量降低,弱酸占比增加,在吸附和催化等领域具有很好的应用潜力。

高硅铝煤和高钙铁煤配煤对灰熔融温度的影响

虽然新能源技术发展迅速,但未来很长一段时间我国能源主体仍以煤炭为主。高钙高铁煤是我国重要的煤炭资源,分布广泛,其灰熔融温度较低,不可直接应用于气流床气化炉。因此,以高钙高铁煤(MO)为研究对象,选择高硅铝煤(Y4)调控高钙高铁煤(MO)的灰熔融温度(T AF)。利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、拉曼光谱仪(Raman)和FactSage热力学软件探讨了高硅铝煤调控高钙高铁煤灰熔融特性的变化机制。研究表明,随Y4配比增加,混合灰样的灰熔融温度逐渐增加,且当Y4混配比例为40%~50%时,混合灰样的流动温度(T_(F))为1354~1389℃,T_(F)符合气流床气化炉液态排渣要求;XRD和FactSage结果表明,随Y4含量增加,低熔点矿物质逐渐消失,钙长石等稳定硅铝酸盐矿物质的生成是导致灰熔融温度升高的主要原因,从三相图中发现随Y4混配比例的增加,灰样中的矿物质由黄长石明显转变为钙长石;FT-IR显示随Y4配比的增加,灰样中的Si—O向高频区移动,且在900~1000 cm^(-1)形成一个较宽的吸收峰,结合XRD,判断该吸收峰为钙长石;从硅酸盐角度分析,引入参数R(R表示Si-O-A的变化程度),随Y4含量增加,灰样中R呈阶梯状增加,导致网络聚合度增加,灰熔融温度增加。

“三高”煤性质分析及其在KSY技术中的应用研究

为了拓展双流化床超大型粉煤气化技术(KSY技术)原料用煤范围,通过工业分析、元素分析、热失重实验、CO_(2)反应活性分析,探讨了山西晋阳某矿区煤(SXJYM)应用于KSY技术的可行性。分析结果表明:SXJYM灰分为24.11%,硫质量分数为3.55%,灰熔融性温度在1500℃左右,属于典型的“三高”煤,且其CO_(2)反应活性较低、热失重效果较差,单独作为KSY技术的原料用煤可能气化效果不佳;适量添加CaO可在一定程度上降低SXJYM灰熔融性温度;可通过将SXJYM与灰分较低、CO_(2)活性较好的新疆某矿区煤(XJM)进行级配,既能获得较好的气化效果,又可降低原料成本。

气化炉中高熔点煤气化反应的影响研究

在城市化推进对各类资源消耗量逐渐增多的背景下,煤的气化、液化处理工艺得到了有效发展,一定程度可以为城市化建设提供各类能源支持。基于高灰熔点煤的气化反应,为了提高气化效果提高气化产值,需要对高灰熔点煤的气化特性进行研究,具体要了解气化炉中各反应之间存在的影响,确保发挥出高灰熔点煤的气化反应价值。为此,本文先阐述实验系统并整理实验数据,然后具体分析气化温度与O/C摩尔比对合成气组分、碳转化率、冷煤气效率的影响,以期在有效了解反应中的相关影响后,提高煤气化经济效益和社会效益。

煤灰熔融过程中的矿物演变及其对灰熔点的影响

煤的结渣特性是影响电厂锅炉安全经济运行的主要因素之一。该文利用热分析方法和X-射线衍射物相分析对低灰熔点的神木煤(温家梁,TDT=1200℃)和高灰熔点的淮南煤(新庄,TDT>1500℃)煤灰在加热过程中矿物质的热行为及其演变进行了对比研究,2种煤灰的热分析曲线存在较大差异,它们的矿物质成分也随着温度升高发生了不同的转变,分别对其灰熔点产生了不同的影响。温家梁灰中大量存在的CaCO3、CaSO4为钙黄长石、钙长石的大量生成提供了条件,这2种矿物的低温共熔是温家梁煤灰熔点低的主要原因;新庄灰中大量生成的莫来石使得新庄灰的熔点很高。该文的对比研究为研究配煤解决锅炉结渣问题提供了新的思路。

配煤对煤灰熔融特性影响的实验与量化研究

采用量子化学计算方法和实验研究,从微观分子结构和宏观煤灰熔融特性两个层面上,研究了高温下高、低灰熔点煤配煤降低高灰熔点煤煤灰熔融温度的熔融特性和熔融机理。实验和计算结果表明,配煤时,Ca2+作为电子受体进入煤灰中莫来石的晶格,使晶格发生重组,易生成熔点较低的钙长石。莫来石的分子结构较钙长石的要稳定得多,Ca2+进入莫来石晶格后位于由[SiO4]4-和[AlO4]5-两种四面体形成的网络之间,与O配位的Ca原子削弱了莫来石中的Si—O键,使得配煤后的混煤灰熔融温度降低。量子化学计算得到的灰中矿物质分子结构及相应的物理化学特性,如化学状态、表面化学活性及成键特性等,能够很好的从灰中矿物质分子微观结构特性解释高温下煤灰熔融过程中耐熔矿物与助熔矿物间的反应机理。

高灰熔点煤高温下煤焦CO_2/水蒸气气化反应特性的实验研究

我国煤炭年产量中,1400℃以上的高灰熔点煤约占50%以上。为探索固态排渣方式的高灰熔点煤气流床气化,文中选出具有代表性的3种高灰熔点煤种和1种低灰熔点煤种,在TGA-51H型高温热天平上进行了煤焦—CO2和煤焦—水蒸气气化反应特性的实验研究,并利用SEM考察了气化条件下煤焦及灰的微观结构。实验结果表明:在煤焦—CO2/H2O反应过程中,反应速度明显表现出高温区域的扩散反应和低温区域的化学反应;无论在1273～1573K的低温区域,还是在高于1573K的高温区域,反应速率随燃料比的增加而减小;低灰熔点煤在高温条件下,气化反应速率随温度的升高变化不大,有时甚至略有下降;对于高灰熔点煤种其气化反应速率随温度的升高仍继续升高。

配煤对降低高灰熔融性煤的三元相图分析

采用2种低灰熔融性温度煤对一种高灰熔融性温度煤进行配煤降低煤灰熔融性温度的研究。依据相平衡理论分析了配煤降低高灰熔融性温度煤的熔融特性。研究表明:配煤可以有效的降低高灰熔融性温度煤的灰熔融性温度,其灰熔融性温度变化并不与配煤比例成线性关系,而与相应的三元相图液相线温度具有很好的相似性,三元相图同样适用于混煤灰的熔融特性研究。在相图的三元低温共晶点和二元共晶线附近灰的熔融温度随灰成分的变化比较显著,且低于周围灰成分的灰熔融性温度,相图理论可以很好的对配煤降低高灰熔融性温度煤的灰熔融性温度进行理论分析。

高灰熔点煤加压气流床气化特性

在25kg／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物质的量比的增加呈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．

生物质及其与煤掺烧的灰熔融特性研究

采用YX-HRD灰熔融性测定仪对麦秆、稻秆、杨木屑等7种常见的生物质灰及其与煤掺烧后灰的熔融特性进行了检测。结果表明:煤的结渣判别指数不能完全、可靠地预测生物质及其与煤掺烧的结渣特性。根据生物质灰成分,对灰熔融温度的Pearson相关系数推导出生物质结渣判别指数A=(MgO+Al2O3+Fe2O3)/(CaO+P2O5)。生物质的加入在不同程度上降低了煤的灰熔点,在低配比范围内随生物质添加量的增多掺混煤灰熔点逐渐降低。随秸秆类生物质掺混比增加,碱金属氧化物含量增加使掺混煤灰熔点降低的作用减弱,但同时A值却较高,因而混煤灰熔点反而升高。秸秆类生物质的掺混比例在20%以下,酒糟、花生壳与杨木屑的掺混比例分别在40%、60%、60%以下都可避免严重结渣。

高钙高铁煤灰熔融及黏温特性研究

以金鸡滩煤为原料,沙子为添加剂,研究不同比例添加剂下高钙高铁煤灰熔融及黏温特性变化;通过XRD、高温热台显微镜与扫描电镜-能谱等分析方法研究矿物质转变对其灰熔融及黏温特性影响。结果表明,煤灰熔点随添加剂量的增加先降低后升高,辉石类低温共熔物生成是其降低的主要原因;原煤熔渣黏度波动与钙铝黄长石生成有关,而含铁矿物质析出导致其黏度迅速增加;添加沙子后,煤灰熔渣临界温度显著下降,熔渣由结晶渣向玻璃渣转变。原煤熔渣中Fe、Ca元素分布不均匀,添加沙子后均匀程度明显改善,与黏温曲线测试结果吻合。实验结果表明,沙子是改善高钙高铁煤黏温特性的一种有效添加剂。