循环流化床气化细粉灰熔融特性研究

利用灰熔融性测定仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究了温度、气氛、残炭含量对茌平、宿迁循环流化床气化细粉灰熔融特性的影响。结果表明,弱还原气氛下两种气化细粉灰的熔融温度最低。高温下莫来石的出现导致宿迁气化细粉灰灰熔点明显高于茌平气化细粉灰。两种循环流化床气化细粉灰的熔融特征温度均随着残炭含量的上升而升高,当残炭含量超过3%,温度超过1300℃时,两种气化细粉灰均会产生碳硅石。碳硅石的存在是使气化细粉灰熔融性变差的主要原因。

循环流化床煤气化细粉灰硫氮转化分析

利用热重质谱联用(TG-MS)研究气化细粉灰燃烧过程SO2和NOx的生成特性,利用X射线光电子能谱仪(XPS)对比分析煤及相应气化细粉灰中硫、氮的赋存形态,考察煤在循环流化床气化转化为气化细粉灰的过程中硫、氮赋存形态及含量的变化。结果表明:与煤相比,气化细粉灰中的硫、氮元素结合能高,燃烧过程中SO2、NO释放温度升高;气化细粉灰中硫化物硫、硫酸盐硫减少,噻吩硫、亚砜硫增加;各形态氮含量均降低,不同形态氮元素析出率不同。

气化细粉灰预热无焰燃烧煤氮转化与NO_(x)排放特性

为实现煤化工固废——气化细粉灰的清洁高效利用,采用先进的煤粉自预热燃烧技术,在30 kW固体碳基燃料预热无焰燃烧试验平台上,针对不同预热温度、不同预热燃烧器当量比下的烟煤经循环流化床气化后,细粉灰中氮的转化及NO_(x)排放特性进行试验研究。结果表明,气化细粉灰能在该试验系统上实现稳定的无焰燃烧。预热可明显改善气化细粉灰的燃烧特性改善具有重要作用。几乎全部挥发分氮在预热燃烧器内的强还原性气氛下提前脱除,主要向N_(2)、NH3与HCN三种含氮物质转化,焦炭氮为后续燃烧中NO_(x)的主要来源。预热温度对预热过程中煤氮向N_(2)的转化率影响显著,预热燃烧器空气当量比直接关系煤氮向N_(2)和NH3的转化率,且与焦炭氮析出情况密切相关。预热温度和预热燃烧器空气当量比对NO_(x)排放浓度及燃料氮向NOx转化率的影响效果差别明显。在预热温度为902℃、预热燃烧器空气当量比为0.45的条件下,NO_(x)排放浓度和燃料氮向NOx转化率最低,分别为83.02 mg/m^(3)(6%O_(2))和5.94%。

氧化亚铁对气化细粉灰熔融性的影响

循环流化床煤气化细粉灰残炭含量较高,对其进行资源化再利用能有效提高碳转化率。实验以一种气化细粉灰(来自循环流化床气化炉)为研究对象,利用X射线衍射(XRD)仪和扫描电子显微镜(SEM)、灰熔融仪,从矿物质转化以及灰渣微观结构2个方面,研究在高温还原性氛围下,氧化亚铁对灰熔融性的影响。结果表明,莫来石的存在导致气化细粉灰熔融温度升高;加入氧化亚铁后,钙长石和铁尖晶石等较低熔融温度的矿物质的生成,以及低温共熔现象的发生是灰熔融温度降低的主要原因。扫描电镜下拍摄的灰渣的微观结构验证了XRD的分析结果。

预热燃料在无焰燃烧模式下的NO_x排放特性

采用燃料预热燃烧工艺,在30kW煤粉无焰燃烧实验台上探索高温预热燃料的无焰燃烧可行性,及其燃烧和NOx排放特性。结果表明:高挥发分的神木烟煤和低挥发分的气化细粉灰均能在该实验系统上实现稳定的无焰燃烧;煤粉经过预热过程,部分挥发份析出,部分焦炭气化,产生高温煤气和煤焦;高温预热燃料(煤焦和煤气)经燃料喷口进入燃烧室,进行分级燃烧,有效降低燃烧温度的峰值,燃烧温度分布更均匀,燃烧温度波动均低于10%;NOx主要来源于焦炭氮,在燃烧室的下游被焦炭的异相反应所还原;对于神木烟煤和气化细粉灰,NOx排放分别为90.4、96.7mg/m3(O2体积分数为6%时,@6%O2)。