液态排渣条件下高碱煤燃烧中Na的迁移转化特性

新疆高碱煤储量丰富,但其中高含量的Na制约了其大规模利用,液态排渣是有望解决该问题的有效手段。在工业电站锅炉上进行了液态排渣条件下全烧高碱煤试验,研究了液态排渣条件下高碱煤中Na的迁移转化特性和液态排渣炉中Na的保持率。结果表明:飞灰中的Na含量均高于液渣中的Na含量,液渣中的Na以非定形物质的形式存在,而飞灰中Na的主要存在形式为NaCl和霞石(NaAlSiO4)等Na的硅铝酸盐,高碱煤Na的保持率最大可达52.06%。本研究为液态排渣炉燃用高碱煤提供了参考。

Na对高温还原区煤焦异相还原NO的影响

我国新疆准东煤田的高碱低阶煤储量丰富,高含碱量造成锅炉受热面结渣玷污等难题,低阶煤挥发分高导致运输难、储存成本高等问题,严重阻碍了高碱煤的清洁高效利用。热解制焦后在炉内高温还原区异相还原NO是一种具有广泛应用前景的炉内脱硝技术,是实现低阶煤高效清洁利用的重要方法,高碱煤中矿物质Na显著影响煤焦异相还原NO反应,而现有研究针对高温条件下碱金属Na对煤焦微观结构的影响及煤焦异相还原NO过程的影响仍不清晰。选用新疆将军庙煤作为试验样本,采用酸洗脱灰后外源浸渍添加Na的预处理方式,利用XRD、BET分析Na对煤焦微观结构的影响,借助高温水平管式炉系统研究Na对煤焦异相还原NO反应过程的影响。其中煤焦包括脱灰煤焦和浸渍0.2%、0.6%、0.8%、1.0%、2.0%NaCl的煤焦6种。结果表明,反应温度由1000℃升至1300℃,脱灰煤焦的NO还原率由53.6%增至59.5%。1300℃,NO还原率随Na含量增加先升高后下降,其中0.6%NaCl煤焦的促进效果最强,NO还原率最高为64.4%,但浸渍量为2.0%NaCl的煤焦表现为抑制效果。反应温度由1000℃升至1300℃,0.6%NaCl煤焦的NO还原率由51.8%到64.4%。NaCl对DCSC3煤焦的催化作用与反应温度有关,温度较低时(1000~1100℃),0.6%NaCl煤焦的NO还原率略低于脱灰煤焦的NO还原率;在较高温度(1200~1300℃)时,0.6%NaCl煤焦的NO还原率显著高于脱灰煤焦的NO还原率。BET、XRD结果表明,随反应温度升高,所有煤焦的孔结构均变化,晶体芳香度增加,比表面积减小;在同一反应温度下,随Na含量增加,晶体的芳香度及比表面积均先增加后减小。由此可见,温度不变时,NaCl的催化作用是引起煤焦活性变化的主因,使煤焦芳香度与反应活性之间关联性被破坏,煤焦孔隙结构和Na含量决定煤焦与NO的反应性;反应温度变化时,反应温度是影响煤焦活性的主要因素。动力学分析表明,Na不改变煤焦表面活性位点性质,而增加活性位点数量。

循环流化床高碱煤气化技术研发及应用进展

系统回顾了循环流化床高碱煤气化技术的研发及应用历程,重点概况了在高碱煤基础理化特性、气化反应特性及碱金属的迁移特性、防结渣技术研究及循环流化床高碱煤气化工程应用四个方面的进展与成果。梳理了高碱煤的煤质特征、碱金属的赋存形态和含量、前处理方法对碱金属含量测定的影响,以及高碱煤的燃烧和成灰特性。总结了煤种、反应进程、气化温度、氧碳摩尔比、反应气氛等对高碱煤气化性能指标和气化灰结渣特性的影响。阐述了配煤、添加剂及更换床料等方法对预防高碱煤气化结渣的作用和反应机理,采用刚玉做床料实现了循环流化床高碱煤气化中试装置稳定运行。评述了循环流化床高碱煤气化技术的自主创新以及在工业燃气、合成气领域的成功应用。最后,从建立高碱煤气化用煤数据库、开发纯用高碱煤的气化技术、开发高效脱碱及原位耦合利用革新技术、探索高碱煤与其他物料协同利用技术并制备高性能材料四个方面展望了未来高碱煤气化技术的发展方向。

准东高钠煤气化过程中Na的迁移转化规律

针对新疆准东煤由于碱金属Na含量高而无法直接利用问题,基于0.25 t/d高碱煤热化学转化试验台,利用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)以及扫描电镜-能谱(SEM-EDX)等先进检测手段,分析了准东高钠煤在循环流化床不同煤气化温度下碱金属Na的迁移转化特性,同时借助Fact Sage6.1化学热力学平衡计算软件,理论分析了碱金属Na的析出形式。研究结果表明:随着煤气化温度的升高,底渣中碱金属Na的含量降低,而飞灰中碱金属Na的含量增加;煤气化底渣中的Na主要以钠的硅铝酸盐形式存在,飞灰中的钠主要以Na Cl形式存在,并含有少量硅铝酸钠;准东高钠煤在循环流化床煤气化试验时未发生失流现象,底渣和飞灰未发现熔融态;煤中Cl在煤气化过程中对金属壁面有腐蚀作用。

钠化合物对高碱煤液态排渣过程中Na和S迁移的影响

液态排渣技术是解决高碱煤结渣、黏污难题的一种有效途径。以典型准东煤-西黑山煤为研究对象,在原煤中负载不同比例的NaCl和Na_(2)CO_(3),对原煤和负载煤的煤灰进行高温(900~1400℃)燃烧实验来模拟液态排渣过程,研究煤灰中Na和S的迁移规律。结果表明:钠化合物的负载可以减少煤灰高温燃烧过程中SO_(2)的释放,其中负载0.5%NaCl和3.0%Na_(2)CO_(3)的固硫作用明显;钠化合物的负载提高了煤灰的单位质量损失和煤灰中Na的含量,其中负载Na_(2)CO_(3)的作用强于NaCl;随着燃烧温度的升高,煤灰的单位质量损失增加,而其中Na含量则呈现先降低后升高再降低的规律。负载3.0%Na_(2)CO_(3)的煤灰在加热过程中Na_(2)SO_(4)和Na_(6)Ca_(2)Al_(6)Si_(6)O_(24)(SO_(4))_(2)的衍射强度较高,在1300~1400℃时新生成了KNa_(3)(AlSiO_(4))_(4);原煤灰在1200℃时出现熔融和团聚,负载3.0%Na_(2)CO_(3)的煤灰在1100℃时就出现了明显的熔融。

准东高钠煤热解过程中钠的迁移特性实验研究

针对新疆准东煤田高钠煤(简称准东高钠煤)在发电锅炉燃烧时遇到结渣黏污严重的问题,基于立式管式炉热解,利用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)以及扫描电镜-能谱(SEM-EDX)等检测手段,分析了准东高钠煤在不同热解温度下碱金属钠的析出特性、赋存形态以及热解半焦的微观形貌。利用Fact sage 6.1化学热力学平衡计算软件分析了碱金属的析出形式。结果表明,准东高钠煤中的碱金属钠在热解过程中有部分析出,开始的析出温度为600℃,当热解温度达900℃时,碱金属钠的析出率为40.2%;碱金属钠在热解过程中主要以NaCl的形式析出;热解温度低于900℃时,没有熔融态物质生成。

不同反应气氛下准东高钠煤中钠的迁移转化与积灰特性

为了获得循环流化床工艺下不同反应气氛对准东高钠煤中钠的迁移转化与积灰特性的影响,在0.4t/d循环流化床实验装置上开展了相同床温(950℃)下的新疆沙尔湖高钠煤的气化(还原性气氛)与燃烧(氧化性气氛)实验研究。结果表明,气化和燃烧气氛下飞灰与积灰中Na主要以NaCl的形式存在;气化比燃烧更容易将Na、Cl固留在底渣和飞灰中,相应的进入气相中的Na、Cl更少;燃烧气氛下,部分NaCl会被烟气中的SO_2硫化,生成稳定性更高的Na_2SO_4并冷凝在飞灰和积灰棒表面,燃烧过程中产生的飞灰粒径更细,积灰更严重;沙尔湖煤燃烧与气化过程中存在HCl对金属壁面的腐蚀。

高硫煤矸石对苏打盐化土的改良效果研究

针对山西省大同盆地中度苏打盐化土,利用高硫煤矸石为改良材料,通过室内培养试验,研究苏打盐化土施加不同细度和用量的高硫煤矸石后,土壤p H、EC、ESP和交换性钠离子的变化规律,旨在为苏打盐化土改良提供理论依据。结果表明:施加细度为70目的高硫煤矸石处理效果最佳,16、32、48、64 g/kg处理下其p H值降低了6.66%、11.20%、14.67%、16.70%,ESP值降低了59.96%、68.24%、69.81%、73.76%,交换性钠离子含量降低了19.05%、21.09%、17.69%、19.05%。施用高硫煤矸石会导致大量外源离子的输入,使苏打盐化土EC值与对照相比均有所升高。但通过调整土壤中盐离子结构,致使产生毒害作用的钠离子含量减少,对苏打盐化土起到良好的改良效果。

高碱煤熔渣捕捉钠的核磁共振研究

准东煤是良好的动力用煤且储量巨大,但碱金属含量过高导致沾污结渣严重。提出液态排渣的方式捕捉煤中碱金属的思路。采用模拟煤灰(SiO_(2)-Al_(2)O_(2)-Fe_(2)O_(2)-CaO-NaCl)代替准东煤灰进行熔融试验,并对样品进行固体核磁共振测试与物相分析,探究煤灰主要成分对Na捕捉率的影响,并结合熔渣结构的变化分析捕捉机理。研究结果表明:Na被捕捉后进入到熔渣的Si-Al网状结构中;煤灰中Si和Al含量越多,Na的捕捉越高;Ca与Na争夺Si-Al网状结构中的配位,对Na捕捉起抑制作用;Si/Al比越高时,Na的捕捉率越高。

350 MW对冲燃烧锅炉燃用高钠煤掺配试验及应用

新疆高钠煤具有强结渣,沾污特点,严重影响了锅炉的安全稳定运行,掺配低钠煤运行是一种有效的手段。通过对五彩湾高钠煤与乌东低钠煤质对比,进行五彩湾高钠煤与乌东低钠煤按照质量比为9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5掺配的煤质常规分析数据理论计算,在一维试验台上进行掺配的着火、结渣验证。最后,在350 MW对冲燃烧煤粉锅炉对制粉及燃烧系统优化摸底调整后,进行80%、60%的掺配五彩湾高钠煤实炉试验。形成结论如下:五彩湾高钠煤与乌东煤均为易着火、易燃尽煤种,混煤也是着火和燃尽性能优良,乌东低钠煤掺配比例越高,结渣性越弱;本次实炉试验中五彩湾高钠煤与乌东低钠煤质量比为8∶2,混煤煤灰中氧化钠含量控制在3.57%,能够实现机组长期75%以上负荷掺配80%高钠煤的目标;针对本次试验350 MW对冲燃烧煤粉锅炉,建议采用分磨掺配方式,且前墙上层D磨作为备用磨;每个班全面吹灰一次,再根据实际情况选择性吹灰,及时排渣;运行氧量控制在3%~3.5%之间;同层层风开度最大偏差不大于15%。燃烧五彩湾高钠煤的过程中,可以根据实际结渣情况,进行负荷扰动来使炉膛水冷壁及过热器和再热器管壁的结渣层脱落,或者间歇性掺入低钠煤,可使炉内原有结渣脱落。