镁渣对水煤浆气化细渣中炭组分灰熔融特性的影响

煤气化灰渣的规模化处置与利用对于煤化工高质量发展和煤炭行业的低碳转型至关重要。制备煤气化灰渣基多孔陶瓷材料是实现煤气化灰渣绿色化、高端化、规模化消纳的重要途径。然而,烧结温度过高仍然制约着煤气化灰渣基多孔陶瓷的规模化开发,通过调变煤气化灰渣灰熔融特性来降低烧结温度是多孔陶瓷制备的关键。为此,选取某水煤浆气化细渣的中炭组分(medium-carbon components,MCC)为研究对象,以镁渣为添加剂,利用X射线衍射、X射线荧光光谱、扫描电镜和FactSage热力学模拟计算等手段,研究了高温时MCC矿物组成演变规律,以及镁渣对MCC灰熔融温度和灰黏度的影响机理。结果表明:MCC主要矿物组成为石英、方解石和白榴石等,高温下MCC矿物组成会向低熔点钙长石和透辉石转化;镁渣主要成分为CaO和SiO2,以方解石、石英和菱镁矿等矿物形态存在;随着镁渣质量分数增加,MCC灰熔融温度呈先减小后增大趋势,向MCC中添加5%(质量分数,下同)和10%镁渣可促进混合样品中高熔点矿物质向低熔点钙长石-辉石体系转化,长石和辉石生成低温共熔体使体系灰熔融温度降低;此外,CaO和MgO等碱土金属氧化物对硅铝酸盐网状结构的解聚作用,使MCC临界黏度温度降低,黏度对温度的响应更快。

淮南煤与内蒙古煤配煤煤灰熔融特性及气化反应性研究

淮南煤煤灰熔融温度高导致其无法直接在气流床气化炉上使用,将淮南煤ZA煤分别与低灰熔融温度内蒙古煤ZB煤和ZC煤按照1∶9,2∶8,3∶7,4∶6,5∶5,6∶4,7∶3,8∶2,9∶1的质量比进行配煤,利用智能灰熔点测定仪(封碳法)对单煤及其配煤煤灰熔融温度进行测定,探究配煤比对煤灰熔融温度的影响,基于热力学平衡计算结果(利用FactSage 8.1软件计算)探讨了配煤煤灰熔融温度变化机理;利用热重分析仪(TGA)对单煤煤焦和配煤煤焦的CO_(2)气化反应性进行测定,并对反应动力学进行分析。结果表明:ZA煤灰在高温下生成莫来石是其熔融温度高的主要原因。ZA煤分别与ZB煤和ZC煤相配后,煤灰中莫来石含量降低,低熔点的钙长石、镁堇青石含量增加,使得配煤煤灰熔融温度降低。ZA煤焦、ZB煤焦和ZC煤焦三种煤焦的平均CO_(2)气化反应速率分别为2.54%/min,3.49%/min和4.19%/min,ZA煤焦与CO_(2)的气化反应最难发生,平均气化反应速率最小,ZC煤焦的CO_(2)气化反应最容易,平均反应速率最大。与单煤煤焦相比,配煤煤焦气化反应过程呈现先促进后抑制的作用。三种单煤煤焦CO_(2)气化反应活化能位于336.8 kJ/mol~405.0 kJ/mol之间,AB2(ZA煤与ZB煤的质量比为2∶8)煤焦和AC3(ZA煤与ZC煤的质量比为3∶7)煤焦的CO_(2)气化反应活化能与ZB煤焦的CO_(2)气化反应活化能和ZC煤焦的CO_(2)气化反应活化能基本一致,表明配煤降低了配煤煤焦中ZA煤焦的CO_(2)气化反应活化能。

灰熔融对煤焦介电性能及结构的影响

本文以新疆烟煤为研究对象,制取不同工况下所对应的脱灰前后的煤焦,利用矢量网络分析仪测得煤焦的介电性能,并通过XRD、FT-IR、热重分析对煤焦微观结构及热稳定性进行表征。得出以下结论:当制焦温度在灰熔点以下时,灰分的存在阻碍了煤焦介电性能的发展,这主要是由于灰分可以促进煤焦热解过程中碳的溶损反应,从而破坏了原有的碳层结构,进而使得原煤煤焦的结构有序性较差、热稳定性较弱、石墨化程度较低、介电性能较弱;当制焦温度在灰熔点以上时,灰熔融可以使得煤焦拥有较高的介电性能,这是因为熔融的灰分附着在煤焦表面,能够阻碍煤焦的传质能力,使得煤焦难以形成发达的孔结构,因此原煤煤焦结构有序性较好、热稳定性较强、石墨化程度较高、介电性能较强。

灰熔融性测试仪弱还原性气氛控制研究

灰熔融性测试仪是煤炭检测中常用的实验设备,实验气氛是影响测量煤灰熔融温度准确与否的主要因素。为了得到更准确的实验结果,通过对碳物质用量、种类、配比等控制弱还原性气氛的因素进行探讨,根据不同因素的对比实验结果总结规律,旨在确定SDAF4000型灰熔融性测试仪弱还原性气氛控制用碳物质最佳方案。

玉米芯对新疆皮里青次烟煤灰熔融特性的调控

生活中会产生许多生物质废弃物,为了使这些废弃生物质得到充分利用,该研究将生物质灰与新疆皮里青次烟煤(PSBC)灰混合后研究煤气化特性。加入玉米芯灰后测定PSBC的灰熔融温度,用不同比例的煤制备混合灰分样品,借助HR-4A型微机灰熔点测定仪,测定生物质灰对PSBC灰熔融特性的影响。结果表明:添加不同比例的玉米芯,都可以降低PSBC的灰熔融温度,但结果呈现出不同的趋势。由Factsage7.2软件分析生物质与煤混合后生成了低熔点的镁硅钙石、碳酸钾和高熔点的氧化钙等各种矿物质,根据混合后矿物质变化分析出PSBC的灰熔融温度变化原因。

煤矸石对低灰熔点煤灰熔融特性的影响

煤的灰熔融特性是评价用煤洁净有效转化的重要指数,直接影响煤的气化.主要通过添加煤矸石(CG)的方式,改变两种低灰熔点煤润北煤(RBC)和俄矿煤(EKC)的硅铝比(SiO_(2)/Al_(2)O_(3)),进而探索影响低灰熔点煤灰熔融特性的原理.通过灰熔点测定仪的测试结果和FactSage热力学软件的计算结果分析发现,随着CG灰(CGA)含量的增多,低灰熔点煤RBC和EKC的灰熔点逐渐升高.由于CGA与RBC灰混合后,在高温条件下会产生较多含量的SiO_(2)和Al_(2)O_(3),因此,RBC的灰熔融温度随硅铝比S/A的降低而增加,S/A值达到1.83时RBC的灰熔点升为1381℃.而EKC灰中添加CGA后在高温条件下发生反应生成高熔点的白榴石和钾霞石,故EKC的灰熔点也随着S/A的降低而增加,当S/A为1.80时,EKC的灰熔点达到1376℃.

等离子飞灰熔融装置的研究和设计

随着等离子熔融技术在垃圾焚烧飞灰处理领域的推广,等离子飞灰熔融装置的工业化应用越来越受到业界的关注。通过构建试验平台,采用处理量150kg/h的等离子飞灰熔融设备,在满负荷连续运行的工况下,验证装置性能,飞灰熔融效果,分析运行过程中出现的问题,并提出解决方案,为飞灰熔融装置的设计和开发提供参考,加快等离子飞灰熔融装置的工业化应用进程。

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。

玉米秸秆与烟煤混燃过程灰熔融特性试验研究

生物质与煤混燃对助力我国减煤降碳战略,节约煤炭资源,发展利用生物质能源具有重要意义。但是,生物质与煤混燃反应过程中混燃灰熔融作用机制复杂。为探讨不同热转化条件对生物质与烟煤混燃灰熔融特性的影响,利用灰熔点测定仪、扫描电子显微镜-能量分析仪(SEM-EDS)、X射线荧光衍射仪(XRD)等设备系统研究生物质质量分数、灰化温度及停留时间对混燃灰的熔融温度、矿物成分、晶相结构以及微观形貌的影响。结果表明,添加玉米秸秆可使混燃灰熔点先降低再升高,其中,在玉米秸秆质量分数为75%时混燃灰熔点最低。混燃灰中生成的钠长石(Na_(2)Si_(2)O_(5))、钾长石(Al_(2)O_(3)K_(2)OSiO_(2))、铁尖晶石(FeAl_(2)O_(4))和白榴石(KAlSi_(2)O_(6))等硅铝酸盐是使混燃灰熔点降低的重要因素,K、Fe、Ca元素在促进混燃灰熔融方面起显著作用。此外,玉米秸秆质量分数为25%时混燃灰开始出现熔融现象,因此在实际应用中玉米秸秆的质量分数应低于25%。改变灰化温度和停留时间对混燃灰熔融温度影响不显著,混燃灰软化温度(Softening Temperature,ST)、半球温度(Hemispherical Temperature,HT)和流动温度(Flow Temperature,FT)都基本保持不变,但二者机理稍有不同,本质区别在于矿物质种类是否发生变化。

兰炭与秸秆混合燃料燃烧污染物排放和灰熔融性试验

兰炭具有热值高、灰分低、硫分低等优点,但挥发分含量低、着火温度高;秸秆热值低、挥发分含量高,着火温度低;二者着火特性具有互补性。为考察兰炭与生物质混合燃料燃烧的硫氧化物、氮氧化物排放和灰熔融性能,利用固定床试验系统研究了3种兰炭、麦秆和玉米秆单独及混合燃料污染物排放特性及掺混比例和燃烧温度对污染物析出的影响,并通过灰熔融测定仪分析灰样熔融性能。结果表明:混合燃料的硫氧化物、氮氧化物析出与掺混条件相关,原料组成和燃烧过程影响污染物析出特性。在燃料中掺混20%~30%玉米秆时,混合燃料固硫效果较好,氮析出率在0.04%左右。提高燃烧温度明显促进硫析出,而低于1 000℃时,府谷兰炭和玉米秆的掺混样具备良好的自固硫特性,氮析出率低于0.02%。另外,混合燃料的灰熔融温度介于两原样间,与混合比例存在一定相关性,兰炭的抗结渣特性明显优于玉米秆,掺混有助于改善秸秆的结渣特性。本研究为兰炭和生物质的清洁利用提供理论参考。

高温气化条件下高钙镁准东煤灰熔融性及矿物质演化

气流床气化是煤炭清洁高效利用的重要途径,而高钙镁准东煤因其灰熔融温度较高难以直接应用于液态排渣的工业气化炉,深入研究准东煤灰高温熔融机理对其气化应用具有重要指导意义。采用试验分析与热力学模拟计算手段研究了高温(1100~1500℃)气化条件下高钙镁准东煤灰熔融性及矿物质演化,并考察了SiO 2添加对原煤灰熔融性及矿物质演化的影响。结果表明,气化温度小于1300℃时,高钙镁五彩湾煤灰中Ca主要以CaS形态存在于灰渣中,而Mg始终以MgO形态存在;气化温度升高至1400℃后Ca基矿物质逐渐熔于液相并在1500℃完全熔融,Mg则结合生成高熔点镁铝尖晶石,导致煤灰熔融温度较高。添加适量SiO 2可与煤灰中Ca、Mg结合生成易发生低温共熔的钙镁黄长石,从而显著降低煤灰熔融温度及液相线温度,所添加SiO 2与CaO结合的优先度高于MgO。此外,热力学平衡计算结果显示,即使在1600℃高温平衡状态下,五彩湾煤灰中部分Ca、Mg仍以高熔点单一氧化物形态存在,因此原煤灰液相线温度较高,热力学计算结果可为煤灰熔融性预测及高温矿物质转化提供参考。

煤灰和生物质灰组成及灰熔融温度预测

炉内结渣是影响火电机组和气化工艺可靠运行的关键因素之一,准确及时测量灰熔融温度可提高火电机组和气化炉运行的安全性和经济性。但灰熔融温度测量过程中存在诸多不确定因素,建立灰熔融温度预测方法不仅能验证试验数据可靠性,也可在一定程度上代替繁琐复杂的试验。论述了煤灰和生物质灰的组成、分类方法及异同点,综述了不同氧化物对灰熔融性的影响。阐述了经验公式、机器学习模型、多元相图这3种主要煤和生物质灰熔融温度预测方法,并分析了各类方法的优缺点和适用范围。认为经验公式更适合品种单一且数量较少的煤灰数据集,但不适用于生物质灰熔融温度预测。机器学习模型对煤灰和生物质灰预测效果优良,但建模难度更大,所需训练样本数据更多。基于相图预测灰熔融温度受限于灰熔融性测试方法,预测效果并不优于经验公式和机器学习模型,但对4种典型煤种有较好的预测精度,而生物质灰相较煤灰而言特殊样本更多,能否用于生物质灰熔融温度预测需进一步研究。今后可考虑构建K近邻回归、随机森林等解决回归问题突出的模型,扩充生物质数据库样本,提升预测模型的精度和泛化能力。

基于配煤技术改善无烟煤煤灰熔融性及气化反应性

为改善无烟煤的煤灰熔融性及气化反应性,选取某晋城无烟煤(JC)和印尼褐煤(YN)为原料,利用灰熔融测定仪、TGA、XRD、BET等分析测试方法,考察了YN煤的配入对JC煤煤灰熔融温度、煤焦气化活性、煤焦微晶结构、煤焦比表面积和孔容的影响。结果表明,添加YN可有效降低JC煤的灰熔融温度,当添加量达40%时,流动温度TF降至1 387℃,且煤焦反应性得到明显改善;当YN添加量达40%时,碳转化率达到50%的时间t0.5仅需27.2 min,约为JC煤焦的一半,且反应性指数R_(0.5)与碱性因数Bf之间存在较好线性关系。同时拟合煤焦的XRD数据发现,随YN的配入层间距d_(002)、芳香层片堆垛高度L_(c)、芳香度f_(a)、芳香层数N均减小,添加YN使煤焦微晶结构更加趋于无序化,且添加比例越大,石墨化抑制程度也越大。煤焦的比表面积和孔体积与YN的添加量相关,当添加40%时,比表面积可达81.102 m^(2)/g约为JC的42倍,且孔体积比JC高出一个数量级。

准东煤/市政污泥混燃燃烧特性及灰熔融行为分析

液态排渣是解决准东煤燃烧过程中结渣沾污问题的重要手段,而掺烧低熔点燃料可以有效降低混合燃料的灰熔点,进而提高液态排渣效率。本文将高活性污泥与准东煤进行掺混,综合利用热重分析仪、灰熔点分析、傅里叶红外光谱分析和灰成分分析方法,对混合物的燃烧特性及灰熔融行为进行研究。结果表明:随着污泥掺混比例的增加,着火温度显著降低,且混合物在污泥质量占比超过20%时综合燃烧指数显著降低;燃尽温度则随污泥混合比的增加呈现出先降低后升高的趋势,且在污泥掺混质量分数为10%时达到最低。红外光谱测试结果表明,污泥的掺入促进了煤粉中羟基、脂肪族官能团、含氧官能团及芳香族官能团等官能团的热解燃烧。污泥中的Fe2O3与煤中SiO2反应生成了低熔点共熔物,使得混合燃料具有相对较低的灰熔融温度,当污泥掺混比为10%时,混合物的灰熔融温度为1080℃。综合考虑燃料燃烧稳定性和降低灰熔点,推荐污泥与准东煤的最佳掺烧比例为1∶9。

基于灰熔融温度的煤燃烧铅释放预测模型

铅(Pb)在煤燃烧过程中的迁移转化影响其排放特征。研究使用固定床实验系统,在1100~1300℃开展47种煤的燃烧实验,通过煤及燃烧产物的表征,分析煤中Pb经历高温燃烧的迁移行为。研究发现,不同煤种燃烧时Pb的释放比例有显著差异,整体呈现随温度升高而增加的趋势,至1300℃时Pb基本完全释放。煤中Pb主要以碳酸盐及氧化物结合态、硫化物结合态和残渣态形式存在,各结合态Pb在煤燃烧过程中均不稳定,部分释放至气相,其余部分转化为残渣态保留在灰中。Pb在灰中的保留比例与灰的熔融程度有良好相关性。借鉴基于灰分组成的灰熔融温度预测公式,结合多煤种实验数据,建立煤燃烧Pb释放比例的预测模型,该公式对实验用煤种预测的相对偏差在-9.1%~19.3%。

两种赤泥对宁夏煤灰熔融温度的影响

这是一篇冶金工程领域的论文。在宁夏煤中按照一定比例分别添加拜耳赤泥和烧结赤泥,研究这两种不同的赤泥对宁夏煤灰熔融温度的影响,采用Factsage软件研究了灰熔融温度改变机理。实验结果表明,宁夏煤灰矿物质中含有大量的莫来石,导致其煤灰的灰熔点较高,向其中加入赤泥能够有效地降低煤灰熔点。随着拜耳赤泥添加量的增加,煤灰中的莫来石的成分逐步减少,而钙长石与钠长石逐步增多,降低了煤灰的熔融温度。随烧结赤泥添加量的增加煤灰中莫来石的含量逐渐减少,长石的含量逐渐增多。赤泥使宁夏煤灰熔融温度降低的主要原因是由于赤泥中的碱性氧化物与煤灰中的酸性氧化物发生反应生成了低熔点的矿物质以及这些矿物质之间相互作用生成了低温共熔物。

不同Si/Al条件下Na_(2)O对煤灰熔融温度及硅酸盐结构的影响

以淮南本地高灰熔点煤为原料,通过调控煤灰硅铝比,改变煤灰中Na_(2)O含量,利用灰熔点测定仪、XRD及FTIR,探究Na_(2)O对不同硅铝比条件下煤灰熔融温度及硅酸盐结构的影响。实验结果表明:Na_(2)O明显改善煤灰熔融温度,且对高硅铝比煤灰影响较为显著,对低硅铝比煤灰熔融温度呈先降低后增加趋势,氧化钠含量为15%、Si/Al=2.0时煤灰流动温度(TF)降至最低,为1 292℃。不同硅铝比条件下原煤灰主要矿物为石英,在高温下煤灰中的Na_(2)O会与灰中的SiO2,Al2O3反应生成熔融温度较低的霞石,导致煤灰熔融温度的明显降低。Na_(2)O含量增加会导致架状和层状硅酸盐结构解聚形成更多的链状硅酸盐结构和环状硅酸盐结构,促进煤灰由复杂结构向简单结构转化。

多种生物质与煤掺混燃烧灰熔融特性研究

选取贫煤、秸秆、污泥和中药渣为研究对象,通过灰熔融性的测定实验,确定各实验原料及其掺混样品的软化温度,并对其结渣特性进行研究。结果表明:贫煤的软化温度高于1500℃,生物质的软化温度由高到低依次为药渣、污泥、秸秆。煤属于中度偏轻微结渣,3种生物质均属于严重结渣。秸秆和煤掺混后,在小于30%的掺混比例下,对混合灰的结渣特性影响较小,属于中度结渣;污泥、药渣和煤掺混,随着掺混比例的增大,结渣倾向加重。掺混秸秆混合物的灰融特性最好,其次为污泥,掺混药渣的灰融特性最差。

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。

碳物质对灰熔融性特征温度测定结果的影响研究

主要研究分析了采用封碳法测定煤灰熔融性时,高温炉中封入不同重量的石墨、不同种类的活性炭,特征温度测定结果之间的差异,并结合碳物质的固有属性定性探讨了其对试验气氛的影响规律。试验结果表明,针对不同规格的炉膛管,通过试验调整碳物质至最佳配比,方可准确实现对弱还原气氛的控制。