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。

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。

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。

煤灰中矿物质组成对煤灰熔融温度的影响

选取九种不同灰熔融温度的煤样,利用X射线衍射分析方法,研究了煤灰的矿物质组成及含量对灰熔融温度的影响,以及弱还原性气氛下不同温度煤灰熔融过程中的矿物演变过程及其对灰熔融温度的影响。结果表明,815℃煤灰的主要晶体矿物质组成为石英、硬石膏、赤铁矿、氢氧钙石和石灰等。一般情况下,煤灰中氢氧钙石含量低,硬石膏和赤铁矿含量高的煤,灰熔融温度较低。在还原性气氛下,随着温度的升高,煤灰中的石英、硬石膏、氢氧钙石等结晶矿物含量逐渐减少,生成新的矿物质。莫来石的生成是导致煤灰熔融温度高的主要原因。低灰熔融温度煤灰在加热过程中,在1 100℃时,钙长石和铁钙辉石的生成起到了降低煤灰熔融温度的作用。

准东煤灰熔融温度表征结渣特性的试验研究

针对准东煤灰熔融温度与实际结渣特性出现严重不符的问题,利用微波消解法对准东原煤和按GB/T 212—2008制得的灰(称为国标灰)进行分析,得到其金属元素含量。试验结果表明:在国标法制灰过程中,煤中的主要金属元素均有不同程度的逃逸,用金属氧化物逃逸率表征金属元素的逃逸特性,除了熔点比较低的碱金属氧化物逃逸率较高,熔点比较高的Al2O3和CaO的逃逸率也高达87.51%和58.77%,由此导致国标灰灰熔融温度升高,与煤实际的结渣特性不符。灰化温度从815℃降低到500℃后制得灰的软化温度ST为1 230℃,比国标法制得灰的软化温度1 330℃低100℃。与灰熔融温度相比,灰成分指标更能表征准东煤的结渣特性。

神经网络法预测煤灰中铁钙比与灰熔融温度的关系

向铁钙比不同的ZX煤、SH煤、LY煤中添加Ca、Fe助剂,改变煤灰中Fe2O3/Ca O,测定煤灰在弱还原气氛下的灰熔融温度,采用BP神经网络模型预测灰熔融温度与灰成分及其组合参数之间的关系。结果表明,3种煤中加入Fe S2、Fe、Ca CO3后,灰熔融温度均降低。当添加同种含Fe助剂,在中铁高钙的煤中,铁钙比越小,煤灰流动温度越低;而在低铁低钙的煤中,铁钙比越大,煤灰流动温度越低。同一煤样,加入不同含Fe助剂,相同铁钙比时,加入单质Fe的煤灰熔融温度更低。铁钙比对煤灰熔融温度的影响还与灰成分等其它因素有关。使用质量百分数作为基准,输入层包含8个灰成分参数和3个组合参数(铁钙比、铁钙和及酸碱比)的BP神经网络模型对灰熔融温度的预测优于仅包含8个灰成分和酸碱比的9参数输入层预测模型,该模型对高铁低钙的煤样灰熔融温度的预测效果较好。

低熔点煤灰熔融温度调控研究进展

基于低灰熔点煤灰熔融温度的可控调整对煤的高效洁净转化意义重大,介绍了耐熔剂(Al_2O_3、SiO_2及TiO_2等单体耐熔剂和高岭土、硅基添加剂等复合耐熔剂)和配煤对低灰熔点煤灰熔融温度的影响规律,并从实验检测(XRD、SEM-EDX检测)和软件模拟(Fact Sage软件热力学计算和Gaussian量子化学计算)两方面综述了添加耐熔剂和配煤改变灰熔融温度的机理;阐述了支持向量机模型在煤灰熔融温度预测方面的应用。最后对提高低熔点煤灰熔融温度的研究方向提出了建议。

晋城无烟煤灰熔融温度的助熔调控方法研究

研究晋城无烟煤用于液态排渣气化工艺时灰熔融温度的适应性及其助熔调控方法,可为其液态排渣气化技术的现场应用提供基础支撑。选取晋城10个矿区的无烟煤,探究煤灰化学组成及酸碱比等参数对晋城无烟煤灰熔融温度的影响,采用添加碱性助熔剂或掺配高碱性氧化物含量煤的方式研究晋城无烟煤的助熔调控方法。结果显示:晋城无烟煤灰熔融温度高的原因在于灰组分中酸性氧化物含量高(80%~90%)、碱性氧化物含量低(9%~18%)、酸碱比高(4.6~7.6);煤灰熔融流动温度均在1500℃以上,需添加石灰石类的碱性助熔剂或掺配高钙煤以用于晋城无烟煤的液态排渣气化技术。添加石灰石和配煤的实验显示:在晋城无烟煤中添加2%~4%的石灰石或掺配40%的神木煤即可将流动温度降低至1400℃以下,从而满足液态排渣气化技术对晋城无烟煤灰熔融温度的要求。

煤灰熔融温度多项式模型的偏回归函数分析

为了考察煤灰中的化学组分对熔融特性温度的贡献,借助我国69种重要的商业用煤的灰熔融特性温度和灰中SiO2和Al2O3等6种主要化学组分的测试数据,利用多项式模型的偏回归函数分析方法,对煤灰的熔融特性温度进行一至四阶多项式模型回归分析,获得了各化学组分的偏回归函数。研究结果表明:各化学组分的偏回归函数能够表现熔融温度对应于该组分变化的趋势;同一组分偏回归函数不同,该组分对变形温度、软化温度和熔融温度的影响存在较大的差异;CaO和TiO2的偏回归函数反映熔融温度变化趋势的可信度最高。实验为进一步研究煤灰熔融特性温度的数学模型和参数选择提供参考。

不同气氛下Ca-Fe二元助剂改变高硅铝煤灰熔融温度的规律和机制

准格尔高硅铝煤灰熔融温度(AFT)高,易引发液态排渣气化炉排渣口堵塞问题,需添加助熔剂降低AFT。利用灰熔融温度测试仪研究了不同质量比CaO/Fe_(2)O_(3)(Ca/Fe)助剂的助熔效果,结合热机械分析仪、热重-示差扫描量热仪、XRD以及热力学计算对比分析了氩气气氛与弱还原气氛下Ca-Fe协同助熔机理。研究发现,弱还原与氩气气氛下,AFT均随Ca/Fe增加先降低后升高,在Ca/Fe=1/1时AFT最低,但弱还原气氛下Ca-Fe的助熔效果优于氩气气氛。不同Ca-Fe助剂煤灰在变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)和流动温度(FT)时对应的收缩程度差异较大,并且氩气气氛下熔融温度范围(DT~FT)内灰柱的收缩速率显著高于弱还原气氛下的收缩速率。氩气与弱还原气氛下煤灰的收缩过程均可分为三个阶段,且其收缩程度依次递增,但弱还原气氛下第一、二阶段收缩程度较氩气气氛下高。进一步研究表明第一阶段的收缩主要以化学反应引起的固相烧结为主,第二阶段以初始液相形成的液相烧结为主,而第三阶段的收缩行为最终决定煤灰的AFT。高温矿物演化行为显示莫来石和钙长石单独存在时AFT很高,但两者可以与含铁组分形成低共熔物降低AFT,并且Fe^(2+)可以促进低共熔物的形成,促使弱还原气氛下低共熔物的生成温度低于氩气气氛下的。

基于Bagging集成CHAID决策树算法的神东矿区煤灰熔融温度预测

为了预防神东煤在气化过程中结渣的问题,以部分神东矿区煤的灰成分为自变量,灰熔点软化温度ST和流动温度FT为因变量,建立了Bagging集成CHAID决策树算法的灰熔点预测模型。结果表明:针对本文数据集,CHAID决策树最大树深度设置为5,决策树个数设置为10的模型预测效果最好;模型对小样本的FT预测精度略高于ST预测精度。因此,基于Bagging集成CHAID决策树预测煤灰熔融温度模型对气化炉的安全稳定运行提供重要指导。

Na2O对灰熔融温度影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究Na2O对灰熔融温度的影响规律。计算Na2O、SiO2和Al2O3的电子结构,研究吸附前后Na2O(110)-Al2O3(110)和Na2O(110)-SiO2(110)吸附体系的Mulliken电荷布居数和键布居变化规律,对Na2O(110)与SiO2(110)和Na2O(110)与Al2O3(110)的吸附能进行计算。结果表明:Na2O(110)与Al2O3(110)和Na2O(110)与SiO2(110)吸附过程中有电子的转移和新化学键的产生,新形成的O12-O38和O3-O30键均为共价键。Na2O和SiO2的吸附能为-212.82eV,Na2O和Al2O3的吸附能为-351.121 1eV。吸附能为负,为放热反应,吸附能越大,吸附结构越稳定。Na2O与SiO2和Na2O与Al2O3之间可以形成稳定的吸附模型。

基于AdaBoost优化的BP神经网络算法在灰熔融温度预测中的应用

煤灰熔融温度对煤气化过程有很大影响。煤灰流动温度(FT)由灰成分决定,但两者之间的关系尚不明确。采用传统的BP神经网络和AdaBoost优化的BP神经网络来预测煤灰流动温度。结果表明,BP神经网络可以预测煤灰流动温度的变化趋势,但预测结果不是很理想。AdaBoost优化的神经网络的预测结果可以达到很高的精度,预测结果的平均绝对误差为5.81,准确度为99.2%,这也说明了利用AdaBoost优化BP神经网络预测模型预测煤灰流动温度的可行性。

大南湖二矿煤灰熔融温度表征结渣特性的试验研究

利用微波消解法和GB/T 1574-2007两种不同的方法对大南湖二矿原煤制灰,并对灰样中的金属元素的含量进行对比分析。试验结果显示:在国标法制灰过程中,煤中的主要金属元素均有不同程度的逃逸,用金属氧化物逃逸率表征金属元素的逃逸特性,熔点比较高的K_2O和Al_2O_3的逃逸率高达47.92%和42.48%,熔点比较低的CaO的逃逸率达到36.50%,Fe_2O_3逃逸率最小,但也达到10.60%。导致国标灰灰熔融温度升高,与煤实际的结渣特性耦合性差。灰化温度从国标要求的815℃降低到500℃后制得灰的软化温度ST为1200℃,比国标法制得灰的软化温度低70℃。因此,与灰熔融温度相比,灰成分综合预测指数更能体现大南湖二矿煤实际燃用的结渣特性。

多级萃取煤孔隙特性及灰熔融温度变化规律研究

通过以实验分析等方式重点针对多级萃取后对煤孔隙特性以及煤灰熔融温度的实际影响进行分析。多级萃取对煤孔隙特性以及煤灰熔融温度均会产生一定的影响,即受到多级萃取的影响,在溶剂逐渐渗透的过程中煤中小分子相逐渐减少,使得煤孔隙特性随之发生相应变化,原本煤中的许多小微孔将会得到一定程度的扩大并最终转变成大孔。煤炭的吸附性能也将得到相应增强,而煤在经过多级萃取后,其煤灰熔融温度将会明显降低。建议在严格按照相关标准要求下对煤合理进行多级萃取,以期有效提高煤的利用率,从而达到提高煤利用能效的目的。

矿物组成对煤灰熔融温度影响研究

选取九种不同灰熔融温度的煤样,利用X射线衍射分析方法,研究了煤灰的矿物质组成及含量对灰熔融温度的影响,以及弱还原性气氛下不同温度煤灰熔融过程中的矿物演变过程及其对灰熔融温度的影响。结果表明,815℃煤灰的主要晶体矿物质组成为石英、硬石膏、赤铁矿、氢氧钙石和石灰等。一般情况下,煤灰中氢氧钙石含量低,硬石膏和赤铁矿含量高的煤,灰熔融温度较低。在还原性气氛下,随着温度的升高,煤灰中的石英、硬石膏、氢氧钙石等结晶矿物含量逐渐减少,生成新的矿物质。莫来石的生成是导致煤灰熔融温度高的主要原因。低灰熔融温度煤灰在加热过程中,在1 100℃时,钙长石和铁钙辉石的生成起到了降低煤灰熔融温度的作用。

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。

钠基助熔剂对灵石煤灰熔融特性温度的影响

探讨了用钠基助熔剂降低灵石煤灰熔融特性温度亦称灰熔点的作用机理,采用XRD测试技术对煤灰及其添加钠基助熔剂后在不同热处理条件下的矿物质组成进行了分析,揭示了造成灵石煤灰熔点高的主要原因,以及添加钠基助熔剂降低灰熔融特性温度的助熔机理。实验还通过向灵石煤中添加生物质,考察了利用生物质灰中钠和其它碱金属化合物降低灵石煤的灰熔融特性温度的效果。研究表明:灵石煤灰硅铝化合物含量较高,在1 100℃以上形成的莫来石是导致煤灰熔点较高的主要原因,添加钠基助熔剂可以破坏硅铝氧化物的网状结构形成低灰熔融特性温度的长石类化合物,使煤灰熔点得到有效降低。

常用预测煤灰熔融性温度经验公式的适应性研究

以62组商业用煤为研究对象,在对其煤灰化学成分与灰熔融性温度关系初步分析的基础上,重点对常用的5个预测灰熔融性温度经验公式的预测准确性和适用性进行了研究。通过比较各经验公式计算值与实际测量值的偏差来检验其预测效果,并根据检验结果对其适用范围做了进一步说明。计算结果表明,由于煤灰成分的复杂性和经验公式所用煤种的局限性,经验公式的适用范围比较有限,预测精度有时不够理想。这一方面提示人们在使用经验公式时应关注其预测精度,同时也为深入研究煤灰熔融特性温度模型提供了有价值的参考。