水冷壁气流床气化炉灰渣结构分析

在管式电炉还原性气氛下,对煤灰进行1 300℃和1 400℃的高温热处理。同时,在小型膜式水冷壁气流床气化炉热模装置中进行煤气化实验。利用XRD、SEM和EDS等方法,考察了热处理后灰渣与煤气化所得炉渣的表面形态、内部微观结构、矿物组成等结构特性,并对管式电炉内进行灰渣热处理实验的可行性进行评估。结果表明,热处理温度和灰渣流动温度对灰渣的结构具有重大影响,热处理温度高于灰渣流动温度约10℃时,灰渣中含有大量矿物晶体且表面形态粗糙,内部微观结构凹凸不平,灰渣难于流动;热处理温度高于灰渣流动温度约100℃时,渣中大部分矿物晶体已变成无定形的玻璃体物质,灰渣表面及内部微观结构变得光滑均匀。采用管式电炉模拟气化炉内灰渣氛围,研究气化炉操作温度对灰渣结构的影响,具有一定的可行性。

基于微观结构的高温熔融渣层导热特性

气流床气化技术是大型高效煤气化技术发展的主流方向,主要采用液态排渣工艺。在液态排渣过程中,煤中灰分在高温下在炉内壁面形成液态熔融渣层。渣层的导热系数是影响熔融渣层的厚度分布和传热特性的重要热物性参数,进而影响煤气化炉的稳定运行。采用(CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-MgO-Fe_(2)O_(3))5种氧化物组分模拟煤灰渣,搭建瞬态热丝实验台测量高温熔渣导热系数,结合分子动力学模拟方法构建熔渣微观结构,探究高温下五元熔渣微观结构及其导热特性。在研究温度范围内,导热系数的测量结果和模拟结果有较好的一致性,所有渣样呈现出相同的变化趋势,即随着温度的升高,导热系数逐渐降低。在确定组分下,高温熔渣导热系数的对数与温度倒数呈线性关系。构建了硅铝质量比在2.43左右时,导热系数与温度和硅铝和之间的经验公式,并在实际煤灰上进行了验证,预测值误差基本在18%以内,且能较好的预测灰渣导热系数的变化趋势。结合熔渣微观结构研究发现,温度升高会促进熔渣无序性增强,减弱原子间结合力,增大原子间距;同时会造成桥氧降低,非桥氧增加,加强四面体结构的非简谐性,这是导致导热系数随温度升高先急剧下降后趋于平缓的主要原因。

利用拉曼光谱研究助熔剂对煤灰矿物转化行为影响

在还原性气氛下,利用拉曼光谱研究添加不同助熔剂对高灰熔点煤灰的矿物转化行为的影响。结合X射线衍射(XRD)的表征,分析了助熔剂对煤灰渣矿物转化的作用。结果表明,1000℃时ZJX煤灰渣的拉曼特征峰多且复杂,而随着温度自1200℃升高到1500℃,煤灰渣中的钙长石、石英、镁橄榄石等多种矿物逐渐形成了共熔矿物,非晶态矿物含量增加,导致拉曼特征峰明显变少。添加6%单钙基助熔剂时,煤灰渣在1421℃时形成共熔物;添加6%单镁基助熔剂在1355℃时形成共熔物;煤灰添加钙镁复配(W_(CaO)∶W_(MgO)=1)助熔剂在1290℃时就已经形成共熔物,所以钙镁助熔剂复配对共熔矿物的形成有促进作用。