羊场湾煤灰化过程中矿物演变规律及氧化物添加剂对其灰熔融特性的影响

煤的灰熔融特性及其调控规律研究对于德士古气化炉的长周期稳定运行具有重要影响。用X射线衍射分析（XRD）研究了羊场湾煤低温灰化样和高温灰化样中矿物的晶相特征,分析了高温灰化过程中矿物的演变过程。探讨了添加氧化物 (SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO)对羊场湾煤灰熔融特性的影响规律。结果表明,羊场湾煤中矿物质以石英和高岭石为主,在高温灰化过程中,这些矿物转变为钙长石和斜方钙沸石。钙长石不稳定在高温下极易形成其他低温共熔物,导致灰熔点降低。Fe2O3和Al2O3对羊场湾煤灰熔熔融温度的影响作用相反,随添加量增加,前者使灰熔熔融温度不断降低,后者使灰熔熔融温度不断升高。SiO2、CaO对羊场湾煤灰熔融温度的影响呈出随添加量的增加先降低,后增加的趋势。不同氧化物与煤灰中矿物在高温下的作用机理表现为,添加Fe2O3、SiO2和CaO时,分别生成了灰熔点较低或不稳定且极易生成低温共熔物的铁橄榄石、钙长石和钙铝黄长石;添加Al2O3时生成了灰熔点较高的莫来石。     

燃用准东煤过程中碱/碱土金属迁移规律及锅炉结渣沾污研究进展

准东煤灰分含量低、着火温度低、燃尽性能优良,是优良的动力用煤,但准东煤灰中碱/碱土金属含量高,在燃烧过程中易挥发进入气相并冷凝在受热面上从而强化锅炉的沾污、结渣过程,要实现安全、高效、洁净燃用准东煤,需对准东煤燃烧过程中矿物尤其是碱/碱土金属转化特性和灰熔融特性进行研究。对准东煤中碱/碱土金属(AAEM)赋存形态及燃用过程中AAEM的迁移转化、煤灰熔融特性、准东煤结渣、沾污机理等研究进展进行了介绍,总结了锅炉结渣、沾污关键影响因素及目前常用的防控方法。由于实验样品和条件的差异,AAEM在煤燃烧过程中的释放、转化特性及其对灰熔融特性的影响尚未有一致结论;对于AAEM释放多采用热力学平衡计算,相应的动力学模型缺乏深入研究;由于燃烧试验台实验工况与实际锅炉烟气组分、热参数等存在一定差异,燃烧试验台获得的结渣、积灰特性能否反映真实锅炉情况有待验证;实际锅炉沉积样品分析面临锅炉工况调整困难、可重复性差等问题,需对锅炉实际结渣污特性进行深入研究;锅炉设计、掺烧、参数调整等方法仅能减轻准东煤结渣、沾污等问题,为实现准东煤的安全、高效、洁净利用,仍需更加深入的研究煤灰结渣、沾污机理。应加强灰化温度、气氛等对煤热转化中AAEM的释放和转化特性影响的系统研究,进一步开展AAEM在煤热转化过程中的释放、矿物转化动力学模型研究,同时,需针对温度、气氛、煤灰组分等对准东煤结渣、沾污的影响规律开展更加细致地研究,为结渣、沾污防控提供支持。     

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。     

烟气气氛对准东煤灰熔融特性影响的显微观察

准东煤田预测储量高,准东煤灰具有高硫,低硅铝,高碱/碱土金属等特点,实际燃用准东煤锅炉出现了严重的沾污、结渣现象,影响准东煤的大规模开发利用。烟气气氛(含有大量SO₂,SO3)可能影响高温下Na2SO4的生成/分解,从而影响煤灰的熔融过程。深入研究烟气气氛对准东煤灰熔融特性的影响,有助于加深对锅炉结渣过程的理解,为燃用准东煤锅炉结渣防控提供技术支持。为获得烟气气氛对准东煤灰熔融特性的影响规律,建立了单热电偶高温显微观察系统(SHTT),比较了还原性气氛、氧化性气氛、惰性气氛及模拟烟气气氛下准东煤灰的熔融特性。结果表明,建立的灰熔融温度测试方法精度较好,96.92%的灰样熔融温度与标准灰熔点仪测得的流动温度相比偏差在3%以内(≤40℃),最大偏差<50℃,测试偏差在煤灰熔融特性测试允许误差范围内。当碱酸比R<2.5时,气氛对灰熔融特性无显著影响;当R>2.5时,煤灰组分中Fe₂O₃质量分数较高,导致还原性气氛下灰熔点降低。烟气中SO₂对煤灰熔融温度的影响与煤灰组分相关,当R>2.5时,煤灰中碱/碱土金属及硫(AAEM/S)质量分数较高,烟气中SO₂会抑制煤灰中CaSO₄的分解,提升高温下煤灰中CaO质量分数,并减少长石,辉石等低熔点矿物的生成,进而提升煤灰熔融温度。烟气中SO₂是促进富含Na/Fe硫酸盐或硫化物超细颗粒生成及沉积的重要因素。     

Fe_2O_3对林南仓煤灰熔融性的影响研究

利用灰熔融温度测定仪、XRD、SEM-EDX探究了高温弱还原性气氛下,Fe2O3对林南仓煤灰熔融温度、渣样矿物组成,微观形貌的影响。结果表明,随Fe2O3含量增加,煤灰特征熔融温度呈先下降后缓慢上升的趋势。灰渣中赤铁矿主要转化为铁尖晶石等低温共熔物导致煤灰熔融温度降低;在高Fe2O3添加量下,剩余的赤铁矿转化为磁铁矿,导致灰熔融温度升高。     

O2/CO2气氛下高温煤灰热行为及其矿物相转化规律

对2种典型的煤样分别在空气和O2/CO2气氛下制取高温灰,并对此高温灰在不同气氛下的热行为及其在高温下矿物相的转化特性进行了研究。结果显示,煤粉在不同气氛下得到的高温灰,其化学成分随着气氛的变化略有不同。O2/CO2气氛下获得的高温灰,煤灰中一些含钙矿物元素易于发生碳酸化,形成较多的碳酸钙等碳酸盐。对于钙铁矿物含量较高的神府煤,在O2/CO2气氛下形成的煤灰高温下的蒸发熔融吸热较少;而在空气气氛下,在950 ℃的较低温度下便形成钙黄长石等易形成含钙低温共熔混合物的矿物相,其熔融行为在较低温度下发生。对于硅铝含量较高的西阳村煤,O2/CO2气氛下形成的煤灰高温下的蒸发熔融吸热也较少,但气氛的改变不会影响高温下矿物相的形成。O2/CO2气氛可以明显的抑制钙矿物含量极高煤灰的熔融结渣行为。     

准东煤中钠赋存状态研究

利用准东煤田 4个矿区的600余组钻孔煤样和100多个商品煤样的煤质数据,分析了准东煤中钠与灰分及其他微量元素含量之间关系;采集了准东煤田部分代表性井田煤层煤样、分层煤样和商品煤样,以及矿区表土样品、矿井水、煤层上覆岩层、煤层夹矸和煤层裂隙中矿物样品,利用煤岩分析、筛分试验、浮沉试验、逐级化学提取等手段,分析了钠在不同煤岩组分、不同矿物、不同粒级和密度级分选产物中的含量分布,以及钠可能的化学形态。综合以上分析结果,认为准东煤中钠最主要的赋存形态为水溶态,并且最可能的形态为水合离子态。今后准东煤中钠分布赋存特性的研究,应该重点从水文地球化学和表生风化作用角度出发,结合准东煤低煤化程度、高惰质组、低矿物含量的成因特性,建立钠从表土层随地下水逐步进入煤层的模式,科学认识准东煤中钠的成因和富集机理。     

灰化温度对准东煤灰组分分析的影响

采用等离子低温灰化法和国标缓慢灰化法,在灰化终温T200,500和815℃下,分别制备了3种准东煤的灰样,使用XRF,TG-DSC和XRD分析比较了灰化温度对灰组分分析的影响。实验发现,准东煤中Al,Si,Ti等在灰化过程中基本无释放,Na/Ca/Mg在500℃时有少量释放,在815℃时大量释放。中温灰与低温灰的矿物组分相似,主要区别是低温灰中的高岭石在中温灰中转变成了偏高岭石。低温灰中仍有部分未充分氧化的有机质。而高温灰与中、低温灰相比有明显差异。准东煤灰成分分析不宜采用现有国标中的缓慢灰化方法,而应使用等离子低温灰化法或者采用灰化终温不超过500℃的缓慢灰化法。     

淮南煤灰熔融过程的红外光谱分析

安徽淮南淮化集团近年来引进的TEXACO炉水煤浆加压气化系统，受炉型的影响，需要液态排渣，但淮南煤的灰熔融温度比较高，无法在德士古气化工艺中直接使用。煤灰成分及矿物组成是影响灰熔融温度的一个很重要因素，本文通过红外光谱分析，初步研究了煤灰在熔融过程中各矿物质之间发生的复杂的共熔变化。研究发现，在灰样熔融过程中，SiO2、Al2O3单矿物质含量急剧减少，它们与CaO形成一种新的CaO-SiO2-Al2O3共熔体系。     

配煤对准东煤灰烧结特性的影响

对准东煤进行不同种类和比例的配煤,利用CCD(电荷耦合元件)相机监测系统和烧结探针对混烧灰的烧结熔融特性进行实时在线监测。研究结果表明:准东煤和北塔山煤、准东煤和乌东煤都分别按照9∶1,8∶2和7∶3的质量比进行混合可以抑制灰块烧结熔融,起到较好的防结渣效果。烧结灰块的横截面具有3层颜色和烧结程度差异显著的层状结构,由内层到外层烧结程度逐渐增加,且随着配煤比例的提高,最外层的熔融物质减少。同时利用基于Matlab软件开发的GUI数字图像处理系统得到各烧结灰块的高度和面积收缩率,在烧结最终时刻纯准东煤灰块的高度和面积收缩率分别为0.125和0.225。配煤影响烧结灰块的高度和横截面积变化,且随配煤比例的提高,最终时刻灰块的高度和面积收缩率都逐渐减小。利用XRD(X射线衍射)技术分析发现,配煤的种类和比例影响矿物相的转化,但是对外层的矿物质影响较小,外层矿物相主要成分均为钙长石(CaAl_2Si_2O_8)。进行SEM(扫描电镜)分析,发现配煤后烧结灰块外层的孔结构直径有所减小,外层基质呈现出光滑且致密的结构。同时通过EDX(能量色散X射线光谱)分析了烧结灰块各层横截面的化学组成,各烧结灰块表面由内层到外层,Na,K和S元素的含量总体上呈降低趋势,而Ca,Al,Si元素含量则呈增加趋势,配煤后碱金属元素蒸发减少。     

煤灰熔融特性的影响因素分析

分析弱还原环境、强还原环境等对熔融温度的影响,通过改变Si O2与Ca O等碱性氧化物含量,分析煤灰成分对熔融温度的影响。引入矿物因子表示煤灰矿物组成,实验结果显示,煤灰熔融温度随着矿物因子增大而增大,两者呈现正相关关系。     

淮南煤Fe_2O_3催化气化及硅铝对催化的影响

以高硅高铝淮南煤为研究对象,利用纯化学试剂配制模拟淮南煤灰,改变其中组分的配比,添加至脱灰淮南煤中,研究了Fe2O3对煤焦气化的催化作用,并考察了灰中Si O2和Al2O3对Fe2O3催化作用的影响。     

准东煤掺烧油页岩试验研究

准东煤由于其高碱金属含量、高水分、易结焦等特性极大地限制了该煤种在电厂的使用,煤灰成分中高碱金属含量是造成锅炉结渣、沾污的最主要原因。油页岩由于硅、铝含量较高,其熔融特性温度较高。本文通过对准东煤、油页岩及其混煤的煤质特性、灰成分以及灰熔融特性进行试验分析,比较不同掺配比例混合燃料的沾污特性;并采用热重分析方法对其混合燃烧特性TG/DTG曲线对比分析,确定两者的最佳配比。然后结合现场掺烧试验,验证锅炉对掺配煤种的适应性。试验结果表明,利用油页岩中的高硅、铝成分可以提高准东煤的灰熔点,试验证实在准东煤中掺配15%的油页岩可以很好地解决锅炉结焦问题,从而为准东煤作为电厂的动力用煤开辟了新的应用前景。     

氯化钠蒸气对高钠煤煤灰钠捕获性能及其烧结温度的影响

新疆的高钠煤是一种开采成本低、灰分低、含硫量低的优质燃料,但较高的钠含量导致其在燃烧利用的过程中易出现沾污结渣等现象,严重阻碍了高钠煤的开发利用。以2种高钠煤(五彩湾煤(WCW)、哈密煤(HM))和1种低钠煤(平朔煤(PS))作为实验对象,在900℃下燃烧制灰,并将所制煤灰置于38%、51%和76%的NaCl蒸气下进行钠捕获实验,使用ICP-OES测得钠捕获前后煤灰的钠含量,采用XRD分析钠捕获前后煤灰中矿物质的变化,采用压降法测量钠捕获前后煤灰的烧结温度,深入探究不同NaCl蒸气体积分数下煤灰烧结特性的衍变规律。结果表明：在3种NaCl蒸气体积分数下,3种煤灰样品中PS煤灰的钠捕获量最大,HM煤灰次之,WCW煤灰最低。Si、Al能增强煤灰的钠捕获性能,而Ca则会与Si、Al发生反应,从而抑制Si、Al对NaCl蒸气的化学固定,不利于煤灰的钠捕获。随NaCl蒸气体积分数升高,钠捕获量增大,煤灰的烧结温度降低幅度与其钠捕获量呈正相关。HM、WCW煤灰烧结温度降低幅度均大于PS煤灰,一方面是由于HM和WCW煤灰固钠后生成的含钠化合物的熔点低于PS煤灰,另一方面NaCl蒸气体积分数升高促进了...     

神东矿区高硅铝比煤灰黏温特性研究

神东矿区煤灰分较低,矿物组成的波动对煤灰黏温特性影响较大,尤其是高硅铝比煤在高温下黏度普遍偏高,造成气化过程中堵渣问题严重。通过浮沉试验,利用扫描电镜定量分析了神东矿区煤中主要矿物组成,利用高温煤灰黏度测定仪测得煤灰黏温曲线,采用FactSage7.3以煤灰成分为基础对其进行了黏温特性模拟。结果显示:神东矿区样品矿物组成主要是伊利石型黏土矿物(相对质量分数为20%～70%,下同)、方解石(6%～34%)、黄铁矿(2%～10%)、菱铁矿(3%～50%),存在部分碎屑成因石英(6%～24%)与伊利石共生;伊利石含量高且部分伴生石英造成样品硅铝含量及硅铝比高,煤灰成分中硅铝相对质量分数为50%～75%,硅铝比为2.3～3.1,这是导致神东煤灰黏度较大的主要原因;样品中方解石是主要的含钙矿物,填充于煤的裂隙或有机质组分中的结构孔隙中,由于高温下钙离子对熔体网络的解聚和破坏作用,所以钙含量较高会导致黏度相对较低;另外,铁系矿物主要是硫化物矿物黄铁矿和碳酸盐矿物菱铁矿,铁含量相对较高导致较多二价铁离子与6个氧原子连接形成八面体结构致使网络结构松散,也会在一定程度上降低煤灰黏度。对神东矿区4种商品煤混配后的模拟结果表明,煤灰的最佳质量配比为4∶6到7∶3,煤样配比为4.1∶5.9～8.3∶1.7能够较好地满足液态排渣气化炉的操作温度和黏度区间。     

府谷煤灰成分对其灰熔融性的影响试验研究

采用控制变量法逐个改变模拟灰中各化学组成含量,通过灰熔融性试验来研究府谷煤灰中SiO2、A12O3、Fe2O3、MgO和CaO对灰熔融性的影响,并利用XRD图谱对添加不同含量CaO的府谷煤灰中物相组分进行了分析.结果表明,Fe2O3和MgO能降低灰的熔融温度,SiO2、Al2 O3和CaO对灰熔融点的具有双重影响性.CaO在一定范围内可显著降低府谷煤灰的熔融温度,在加热过程中与莫来石、SiO2等反应生成多种高含钙化合物,各物质之间会形成低温共熔化合物,造成灰熔点降低;当钙含量过高时,CaO与方石英、钙长石反应生成假硅灰石、钙黄长石,使灰熔点升高.     

还原性气氛下朱集西煤灰结渣行为的研究

为探索淮南煤在气流床干法排渣技术中煤灰的结渣行为,以淮南矿区朱集西煤为研究对象,在还原性气氛下对朱集西煤灰高温热处理得到不同温度下的渣样,采用X-射线衍射仪、扫描电镜和Fact Sage模拟软件研究还原性气氛下温度对渣样的晶体矿物转化、表面熔融状态及液相生成的影响。结果表明:在还原性气氛下,1100℃时渣样表面已出现熔融现象,晶体矿物出现钙长石和莫来石,并且随着温度升高,钙长石和石英等晶体矿物反应产生大量液相是引起煤灰粘结的主要原因。     

煤灰中主要氧化物对宝日褐煤灰熔融温度的影响

针对煤灰中的主要氧化物成分进行不同比例的混合后制备出与原煤灰熔融性相近的模拟灰样品,在弱还原性气氛下对模拟灰样进行熔融特征温度的测定,并分析了各氧化物对灰熔融性的影响,指出在调整宝日褐煤灰熔融性的过程中,SiO2、Al2O3具有升高与降低的双重功效,Fe2O3、Na2O可充当良好的助熔剂,添加氧化钙可起到良好的阻熔作用。     

准东煤田五彩湾露天矿B1煤层煤岩煤相及工艺性能特征

以准东煤田五彩湾三号露天矿田B1煤层为研究对象,采集了B1煤层露天采坑连续剖面样品71件,运用反射光显微镜、原子吸收光谱仪等方法,对样品进行了煤岩显微组分测定、工业分析、硫分、元素分析、灰成分分析等。研究表明:B1煤层具有惰质组含量高、镜质组含量较低的特点,镜质组以基质镜质体为主,而惰质组以半丝质体为主,具有干燥森林泥炭沼泽相和低位泥炭沼泽相2种煤相类型。B1煤层为特低灰分、高挥发分及特低硫煤,垂向上挥发分、灰分及硫分变化不大,煤灰类型属于钙质灰分,煤灰中Na_2O含量高,属于高钠煤,煤的结污指数属于严重类,熔渣指数属中等类,在煤炭加工利用过程中需注意高温结渣沾污的影响。     

贵州西南部晚二叠世煤及煤灰中金元素富集成矿及其固定特性研究

从煤层中金元素迁移富集的地球化学机理出发,分析影响煤中金元素分布的主要因素,并探讨金元素来源及其富集机理;通过添加固定剂研究煤灰化过程中金元素的固定机理,得到以下结论:煤级、有机质成份、煤间孔隙纳米效应以及矿物表面特性影响煤中金元素富集;地层中含矿地层含金性、峨眉山玄武岩含金性以及成矿流体为煤中提供物源成份。通过煤灰化金元素固定实验表明,固定剂Ca CO3、Mg O对金元素都能产生浓集影响,固定剂Mg O富集作用好于固定剂Ca CO3,加固定剂燃烧后样品中元素含量产生浓集效应(C1)比例达69.23%,且在13号与48号煤样中Au含量平均固定倍数为1.72。