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℃.

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。

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。

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。

污泥及其与煤混合物的热解特性和灰熔融特性

采用热重分析法对造纸污泥、市政污泥及其与煤的混合物的热解特性进行了系统研究.揭示了污泥、煤及其两者混合物热解特性的异同,研究了升温速率、掺混比等因素对混合试样热解特性的影响,提出了挥发分综合释放特性指数.研究表明:造纸污泥的挥发分析出特性与烟煤相当,而市政污泥的挥发分析出特性远优于造纸污泥和烟煤;在污泥与煤混合物的热解过程中,2种组分之间的相互作用可以忽略不计.随着升温速率的增加,污泥与煤混合物的挥发分初析温度提高,挥发分最高析出速率和平均析出速率升高.但升温速率对挥发分析出总量没有明显影响.测定了煤灰和污泥灰在不同混合比例下的熔融特征温度,测试结果表明,随着污泥灰比例的增大,混合试样的灰熔点逐渐下降,但由于存在低温共熔现象,不按线性规律变化.

铁基助熔剂对皖北刘桥二矿煤的灰熔融特性影响研究

研究了铁基助熔剂对皖北刘桥二矿煤(AQ)灰熔融特征的影响,并对AQ煤灰在添加铁基助熔剂前后不同热处理温度下的矿物组成进行了XRD和红外光谱分析。结果表明,导致AQ煤灰熔点高的主要原因是1000℃以上形成的莫来石引起的;加入铁基助熔剂可以降低AQ煤灰的熔融温度;在高温下铁基助熔剂与煤灰中其他铝硅酸盐矿物发生反应,生成铁橄榄石和铁尖晶石等低温共熔化合物,从而使煤灰熔点明显下降。

配煤对煤灰熔融特性影响的实验研究

高灰熔点淮南煤A分别与低灰熔点煤G和B按不同配比相配,制成两种配煤灰样,用5E-AF型智能灰熔点测定仪测定其在弱还原性气氛下的熔融特征温度,利用X射线衍射(XRD)分析了配煤灰样在不同温度和不同配比下矿物组成的变化.结果表明,配煤能有效改善煤灰熔融特性,配煤灰熔点与配比之间是非线性关系;高温下矿物形态的转变是导致配煤煤灰灰熔点变化的主要原因,莫来石有增高灰熔点的作用,石英与钙长石和铁橄榄石等矿物共存时,能够形成低熔点的共晶体使得灰熔点降低.

镁基助熔剂对刘桥二矿混煤灰熔融特性的影响

研究了镁基助熔剂对皖北刘桥二矿混煤(AQ007)灰熔融特性的影响,并在添加镁基助熔剂前后分别对AQ007煤灰在不同热处理温度下的矿物组成进行了XRD和红外光谱分析.结果表明:导致AQ007煤灰熔点高的主要原因是1 000℃以上形成的莫来石引起的;加入镁基助熔剂可以降低AQ007煤灰的熔融温度;在高温下镁基助熔剂与煤灰中其他铝硅酸盐矿物发生反应,生成钙镁橄榄石、镁铝石、镁橄榄石和堇青石等低温共熔化合物,从而使煤灰熔点明显下降.

气化条件下混煤灰熔融特性及矿物质演变规律

通过实验研究了高温气化条件下混煤灰的熔融特性及矿物质演变规律.结果表明,气化条件下混煤灰熔融温度的变化规律并不与配煤比例成线性关系,而与相应三元相图的液相线温度具有良好的相似性;随着低灰熔点煤灰的加入,混煤灰在三元相图上的位置逐渐由莫来石结晶区向钙长石结晶区移动,并在二元共晶线或三元共晶点附近熔融温度的变化最为显著,且低于周围位置的熔融温度;由于低灰熔点煤灰中含有较多的硬石膏、辉石、长石等矿物,高温气化条件下能分解成CaO、FeO等助熔矿物,这些助熔矿物能够与高灰熔点煤灰中的莫来石、石英等发生反应生成钙长石、铁橄榄石等低熔融矿物,从而降低了高灰熔点煤灰的熔融温度.

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。

煤灰熔融特性与灰成分之间关系的矿物变化研究

通过在一种真实煤灰中添加不同的氧化物或直接用氧化物配制合成灰,探究了不同灰成分对灰熔融特性的影响规律。利用Fact Sage 7.0对不同灰分的熔融过程进行了热力学模拟,通过熔融过程中的矿物质变化为各种灰成分对熔融特性的影响规律提供理论依据。结果表明,氧化钠对灰熔点的降低作用源于钠长石和霞石对钙长石的取代;氧化镁含量的增加对灰熔点起先降低后升高的作用,当氧化镁含量超过一定时,产生的镁橄榄石能够升高灰熔点;硫对灰熔点的升高作用源于镁橄榄石和硫酸钙对透辉石的取代;氧化钙含量的增加对灰熔点起到先降低后升高的作用,当氧化钙含量超过一定时,硅从熔点较低的矿物质迁移到熔点较高的矿物质中,升高了灰熔点。在与硅氧单元体结合的过程中,氧化钠优先于氧化钙;与氧化钙和硅氧单元体结合的氧化物的优先级为:氧化铝>氧化镁>氧化铁。

CaO含量对高钠煤灰熔融特性的影响

为研究CaO含量对高钠煤灰熔融特性的影响,配制了不同CaO含量的高钠合成灰并对灰熔融温度(AFTs)进行了测试,利用Fact Sage 7.0提供的热力学数据库对灰熔融过程进行了模拟,分析不同CaO含量的高钠合成灰的矿物质变化,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对合成灰的矿物质组成及微观形貌进行了研究。结果表明,随着CaO含量的增加,灰熔融温度先降低后提高。添加CaO同时影响含钙矿物质与含钠矿物质的存在形式与相对含量。在1 000℃下,含钙矿物质由钙长石依次转化为钙铁榴石、硅灰石、钙黄长石、硅钙石和原硅酸钙,含钠矿物质由钠长石转化为霞石。二元相图和似三元相图的结果表明,液相线温度随CaO含量的变化趋势与灰熔融温度相同。对本研究中的煤种,当CaO含量高于40%时,可以有效提高灰熔融温度。

助熔剂对皖北刘桥二矿煤灰熔融特性的影响

研究了钙基、镁基和铁基等3种助熔剂对皖北刘桥二矿煤(AQ)灰熔融特性的影响,在添加助熔剂前后在氢气和氮气的混合气氛下对AQ煤灰进行不同温度的热处理,对矿物组成进行了XRD分析。结果表明:导致AQ煤灰熔融温度高的主要原因是1000℃以上形成的莫来石引起的;加入钙基、镁基和铁基等助熔剂均可以降低AQ煤灰的熔融温度,当钙基助熔剂的添加量达到6.2%时(以煤基计),或镁基助熔剂的添加量达到2.8%时,或铁基助熔剂的添加量达到5.6%时,均可使AQ的煤灰流动温度降到1 350℃以下,满足Shell气化炉的液态排渣要求;在高温下助熔剂与煤灰中其他铝硅酸盐矿物发生反应,生成低温共熔化合物,从而使煤灰熔融温度明显下降。

碱性氧化物对煤灰熔融特性影响的研究进展

准东煤中的钠、钙含量较高,导致在燃用过程中锅炉受热面发生严重的结渣。煤灰的结渣问题与煤灰的熔融特性密切相关,灰中碱性氧化物对灰熔融特性具有重要的影响。本文综述了碱性氧化物对煤灰熔融特性的影响。现有的研究表明,添加Na_2O可以显著降低灰熔融温度,钠长石、霞石等低熔点含钠矿物质的生成及其形成的低温共熔体是灰熔融温度降低的主要原因。灰中K_2O主要以伊利石的形式存在,对灰熔融温度的影响较小。随灰中CaO和MgO含量的增加,灰熔融温度具有先降低后升高的变化趋势,矿物质熔点的变化是灰熔融温度变化的主要原因。灰中Fe_2O_3的存在形式与反应气氛有关。在还原性气氛下,铁主要以FeO的形式存在,铁橄榄石、铁尖晶石等含铁矿物质容易形成低温共熔体,使灰熔融温度降低。未来应着重研究碱性氧化物对准东煤灰熔融特性影响的机理,开发抑制准东煤结渣的高效添加剂。

高灰熔点煤灰熔融特性的可控调整研究进展

我国高灰熔点煤占煤炭储量的57%左右,直接用于气流床气化时将面临"积灰和堵渣"的问题,探索高灰熔点煤灰熔融特性的调控方法对气流床的稳定运行意义重大。主要分析了助熔剂和配煤对灰熔融温度的影响规律;并从矿物质演变机理的角度综述了助熔剂(Fe2O3,Ca O,Mg O,Na2O,K2O和复合助熔剂)、配煤和软件分析(FactSage软件热力学计算和Gaussian量子化计算)如何分析和实现高灰熔点煤灰熔融特性的可控调整;最后阐述了采用支持向量机进行煤灰熔融温度的预测存在精度高的优势。提出了寻找新型助熔剂以增强灰熔融温度调控的准确性和基于支持向量机模型建立煤灰成分与灰熔融温度的关联式,进而指导和优化气化配煤煤种和比例的选择,为高灰熔点煤的清洁高效利用提供理论支持。

耐熔剂对小龙潭褐煤灰熔融特性的影响

为探索提高小龙潭褐煤灰熔聚流化床气化过程中操作温度的途径,研究了氧化铝、二氧化硅、高岭土3种耐熔剂对小龙潭褐煤灰熔融特性的影响,在添加耐熔剂前后在氢气和二氧化碳的混合气氛下对小龙潭煤灰进行不同温度的热处理,对矿物组成进行了X-射线衍射(XRD)分析,从矿物质演变的角度分析了灰熔点变化的原因。结果表明:氧化铝、二氧化硅和高岭土3种耐熔剂均可使小龙潭煤的灰熔融温度明显上升。当氧化铝或二氧化硅的添加量(质量分数)为2.2%,或高岭土的添加量为3.0%时,均可使小龙潭煤的灰软化温度上升到1 250℃以上。导致小龙潭煤的灰熔融温度高的主要原因是由于在高温下低熔点的钙长石和钙黄长石的生成。添加不同耐熔剂后灰熔点变化程度的差异由于生成的高熔点的莫来石含量的不同引起的。

高岭土对准东高碱煤煤灰熔融特性影响的量子化学与实验研究

采用量子化学理论计算与实验表征相结合的方法,研究了高岭土对准东高碱煤煤灰熔融特性及其熔融过程中矿物质演变规律的影响,并从矿物质微观结构特性角度阐述了高岭土对改变准东煤煤灰熔融特性的影响机制。结果表明,准东高碱煤煤灰熔融温度随高岭土的添加呈现先快速升高后逐渐变缓的趋势,当高岭土添加比例大于10%时,其提高煤灰熔融温度的趋势变缓;准东高碱煤添加高岭土后,其在1 000-1200℃下的低熔融矿物钙长石、硬石膏等量明显减少,1 200-1 300℃下有一定量的莫来石生成,是其煤灰熔点升高的主要原因;高岭石分子结构中的O(26)、O(22)、Si(6)、Si(8)的反应活性较高,能够与灰中的Fe^(2+)等金属离子成键,促使高岭石的铝氧键断裂。煤中的碱金属或碱土金属(Na或Ca)氧化物中的的O2-,作为亲核试剂,与高岭石的Si(6)和Si(8)发生亲核反应,使桥氧键S-O-Si断裂。

钙基助熔剂对皖北刘桥二矿混煤的灰熔融特性影响

研究了钙基助熔剂对皖北刘桥二矿混煤(AQ007)灰熔融特征的影响,并采用XRD和红外光谱分析了钙基助熔剂添加前后不同热处理温度下AQ007煤灰的矿物组成。结果表明:1 000℃以上形成的莫来石是导致AQ007煤灰熔点高的主要原因,加入钙基助熔剂可以降低AQ007煤灰的熔融温度。这是因为添加钙基助熔剂后,高温下含钙化合物间容易形成钙长石、钙黄长石等低温共熔化合物,从而使煤的灰熔点下降。

煤燃烧过程中复杂气氛下的灰熔融特性

针对煤燃烧过程中复杂气氛下灰熔融特性,开发了气氛可控的灰熔融特性测试平台,研究了反应气氛对两种不同Fe含量的煤样灰熔融特性的影响;在不同气氛的高温(1,100,℃)条件下制取灰样,并采用XRD(X射线衍射)分析,获得不同气氛下矿物演变的规律.结果表明,在空气中O_2转化为CO_2的过程中,灰熔点基本不变;在N_2、CO和CO_2体积分数分别为80%,、5%,和15%,的弱还原性气氛时,灰熔点大幅度降低,高铁煤降低更为明显;当气氛的还原性继续增强,灰熔点反而上升.在弱还原性气氛下含Fe矿物被还原,形成了低熔点Fe^(2+)化合物,是弱还原性气氛下灰熔点降低的主要原因,而在强还原性气氛下Fe^(2+)化合物继续被还原为Fe单质,使灰熔点上升.