灰成分影响煤灰烧结温度的实验研究

利用压差法煤灰烧结温度测量装置,通过用化学纯试样替代煤中灰成分来改变煤灰不同组分的含量,研究了在典型燃烧反应气氛和气化反应气氛下SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、Na2O、K2O等灰中化学成分对煤灰烧结温度的影响特性。实验结果表明,与燃烧气氛下SiO2成分一般提高烧结温度不同,气化气氛下添加的SiO2会与氧化物结合生成的硅氧化物和硅酸盐矿物群产生低共融现象,导致在一定含量范围内降低烧结温度;添加Fe2O3在气化气氛下能显著降低煤灰的烧结温度,在燃烧气氛下对烧结温度的影响不大;在燃烧气氛或气化气氛下,添加Al2O3和K2O对烧结温度影响较复杂,随着其加入会适当降低煤灰烧结温度,当其含量超过一定比例后又会提高煤灰烧结温度;无论在燃烧还是气化气氛下添加MgO都会降低煤灰烧结温度,但当其含量超过一定比例后对煤灰的烧结温度的影响不大;在煤灰中添加CaO和Na2O无论在燃烧气氛下还是气化气氛下都可以明显降低煤灰的烧结温度。     

新疆高钠煤脱钠提质过程中钠存在形式

为解决新疆高钠煤在燃烧利用过程中引起的结渣和沾污等问题,研发了一种洗涤溶液且对该溶液脱除新疆高钠煤中钠效果以及脱钠过程中钠存在形式进行了评估实验。结果表明:中国新疆高钠煤中的钠主要以水溶钠为主,有机钠和不可溶钠含量较少。工艺条件对脱钠效果的影响因煤种而有所不同。水溶钠的脱除主要与洗涤溶液用量和温度有关;粒径的减小和温度的提高能促进高钠煤中有机钠的扩散。在合适的工艺条件下高钠煤中大部分水溶钠和大约1/2有机钠被脱除,钠脱除效率达到50%以上。     

水溶钠对准东煤快速热解煤焦燃烧特性的影响

采用不同萃取液对准东五彩湾烟煤进行逐级萃取,分别利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪和离子色谱仪对萃取制得的滤液进行相应的元素分析和阴离子检测。测试结果表明,准东煤中金属钠的赋存形态以水溶钠为主,且主要以NaCl,Na2SO4,NaNO3,NaHCO3等化学形态存在。在酸洗煤样中加载不同化学形态水溶钠,并在沉降炉快速热解条件下制备煤焦。热解煤焦的热重燃烧实验表明,添加水溶钠使煤焦的燃烧初始反应温度、着火温度和燃尽温度都较酸洗煤煤焦有所降低,表明水溶钠盐对高钠煤煤焦的燃烧具有促进作用。不同化学形态水溶钠的催化作用不同,以Na2CO3的作用最为显著。通过积分法计算得到了5种快速热解煤焦燃烧的活化能,加载水溶钠盐使煤焦燃烧的活化能降低,不同化学形态水溶钠的影响不同。     

准东煤矿物分布及其熔融特性变化规律分析

对准东煤进行浮沉试验,通过煤灰化学组成和煤灰熔融性分析探讨了矿物在不同密度级中的分布及熔融特性变化。结果表明,不同矿物因成分、密度等差异向不同密度级富集,煤灰化学成分分析显示高密度级比重液富集样品灰化后的Al2O3、Si O2与Fe2O3含量较高,低密度级富集样品灰化后Ca O、SO3与Mg O含量较高,而Ti O2与K2O+Na2O在各密度级样品灰分中的含量较为稳定。Al2O3、Si O2高温下生成莫来石(3Al2O3·2Si O2)使准东煤灰熔融性温度随密度级呈现升高的趋势。1.5~1.8kg/L密度级富集样品因较低的Si O2和较高的Fe2O3,还原气氛中生成硬绿泥石、铁斜晖石、铁橄榄石等低熔点化合物,煤灰熔融性温度较低。碱酸比、硅比、氧化钠含量、硫分结渣指数等指标表明,准东煤中矿物质经浮沉试验分级偏析后,沾污与结渣特性减弱。     

两种高钠煤的掺烧结渣特性对比实验

新疆高钠煤储量大,且是良好的动力煤,然而其燃烧过程中结渣沾污严重,对锅炉的安全运行和经济性产生了影响。基于一维炉结渣实验台,对比分析新疆两种高钠煤的结渣特性,经过实验得出:在相同的容积热负荷下,准东高钠煤结渣比大南湖高钠煤要严重;大南湖高钠煤较准东高钠煤更难通过掺烧低钠煤来改善结渣;两种高钠煤均易通过掺烧煤矸石来改善结渣状况且最佳掺烧比例为10%。该实验结果对新疆地区燃用高钠煤提供一定的参考。     

氧气体积分数与升温速率对弱黏煤燃烧特性的影响

采用热重实验研究氧气体积分数和升温速率对弱黏煤燃烧特性的影响,通过分析TG/DTG曲线得出样品的特征温度和反应速率,基于样品的特征温度和反应速率计算得到样品的燃烧特性参数。研究结果表明,改变氧气体积分数和升温速率对煤的着火温度影响不大,主要对煤的燃烧阶段产生影响。提高升温速率会延长煤的氧化反应历程,使煤各特征温度升高,并且增大煤的氧化反应速率;提高氧气体积分数会缩短煤的氧化反应历程,使煤各特征温度降低,并增大煤的氧化反应速率。在煤的氧化过程中,改变氧气体积分数和升温速率都能对煤的特征温度和燃烧特性参数造成影响,但氧气体积分数对他们的影响要大于升温速率造成的影响。     

循环灰作为固体吸附剂脱除高温烟气中碱金属蒸汽研究

准东煤等高钠煤在使用过程中为避免由于碱金属(主要为钠钾盐)引起的锅炉沾污、结渣及腐蚀等问题。选择具有丰富空隙结构的循环灰作为高钠煤添加剂,并与碱金属盐(NaCl)进行掺混,分别采用热重分析仪(TGA)和马弗炉进行掺烧实验,研究了不同温度(800,850,900℃)、不同掺混比例(1%,2%,3%,5%,8%)下循环灰对碱金属盐的吸附特性。实验结果表明:在800,850,900℃下,分别以NaCl∶循环灰=8∶100的比例进行掺烧,分别在约125,65,30 min后质量达到稳定。马弗炉实验结果表明,在800,850,900℃及8%掺烧比例下,循环灰最终吸附NaCl的增重量可达5.56%,3.61%,2.96%,且随着温度升高,循环灰增重量呈下降趋势。相同温度下,循环灰增重量随着掺烧比例的增长几乎呈线性增加。随着温度的升高,相同掺烧比例下循环灰的增重量降低。实验证明,循环灰可有效吸附外部加入的NaCl,可以用作燃用高钠煤时吸收高温烟气中钠的添加剂。     

水蒸气对煤焦低氧体积分数燃烧砷释放的影响

煤燃烧过程中痕量元素排放的研究已成为燃煤污染中的一个新兴前沿领域。特别是一些易挥发元素或化合物,它们排放进入大气,成为环境污染的一个重要来源。其中最易挥发的痕量元素砷引起人们的广泛关注。选取清水沟煤焦,利用自制的恒温燃烧实验台,研究了5%氧体积分数下煤焦在800,1 000和1 200℃燃烧过程中水蒸气对砷释放的影响。通过改变不同停留时间,并进一步探究水蒸气在不同温度、不同粒径下对砷释放特性的影响,得出煤焦燃烧过程中砷释放比例随时间的变化曲线。实验结果表明:水蒸气对煤和煤焦中砷释放的影响是同步的,水蒸气主要是与焦炭发生气化反应促进了煤焦中砷释放进而影响了煤中砷释放;燃烧气氛中水蒸气对煤焦燃烧砷释放具有一定的促进作用,原因是低氧下水蒸气与煤焦发生了气化反应,提高了砷的释放速率并增加最终的释放比例,但促进作用随着水蒸气体积分数的增加逐渐减弱;不同温度下,水蒸气对煤焦燃烧砷释放的促进存在差异,1 000℃下水蒸气对煤焦燃烧砷释放的促进作用较800℃和1 200℃下更明显;在同一条件(温度和气氛)下,煤焦粒径越小,砷的最终释放比例越大,且砷释放峰值对应的温度随着粒径的减小向低温区移动;气氛中含20%水蒸气时,煤焦燃烧砷释放的表观活化能和频率因子均大于气氛中不含水蒸气。     

不同氧气体积分数下风化煤自燃特性研究北大核心

采空区遗煤在漏风环境中被氧化,逐渐形成风化煤,经过风化后的煤在宏观形态和微观结构等与原煤有所差异,同时风化煤所处的环境氧气体积分数也是时刻变化的;为此采用程序升温系统模拟风化煤的自热氧化过程,分析了变氧气体积分数下风化煤氧化升温过程中CO、C_(2)H_(4)体积分数和交叉点温度的变化规律;采用热重分析仪研究了变氧气体积分数下风化煤的特征温度和热失重速率变化规律。结果表明:风化煤在氧化升温过程中释放的气体体积分数始终高于原煤,交叉点温度和从缓慢氧化到加速氧化的临界温度始终低于原煤;氧气体积分数越低,风化煤和原煤在氧化升温过程中释放的气体体积分数和热失重速率越小,交叉点温度、缓慢氧化到加速氧化的临界温度和最大失重速率温度越高;与原煤相比,风化煤对氧气体积分数的变化更加敏感,自燃危险程度更高。     

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。     

配煤降低准格尔煤灰熔融性温度的试验研究

针对高灰熔融性温度的准格尔煤及其周边的低灰熔融性温度煤进行配煤试验研究,研究结果表明:配煤可降低准格尔煤的灰熔融性温度,但将其降至目标温度的配煤比例受原料煤的灰分波动影响较大;灰比是影响配煤灰熔融温度的本质,灰比与配煤的灰熔融性温度具有较好的对应关系;要降低准格尔煤的灰熔融性温度(FT)至1 450℃以下,配煤中低灰熔融性温度煤的灰比至少达66.13%,配煤灰成分中Al2O3含量低于23.5%;配煤的灰成分具有加和性,配煤的灰成分可按单种煤的灰成分、灰分和配煤比例计算得出。     

烧结特性对煤灰导热性能的影响

为了解析煤灰在反应器内壁或换热器表面上沉积层的导热特性,论文以三种煤灰（X、J和A）为原料,通过XRF、XRD、SEM-EDX以及热常数测定仪等分析化学组成、结构以及形貌对烧结煤灰导热性能的影响。结果表明：烧结煤灰的导热率和体积密度都随着温度的升高而增大,增大趋势因煤灰的化学组成不同而有明显差异。体积密度和导热率的增加速率都随硅比的增大而减小,随碱酸比的增大而增大。体积密度与热导率的变化呈线性关系。高温下,莫来石和石英等耐熔矿物的大量存在使酸性灰(X和J)的烧结速率缓慢,烧结体结构改变较小,导热率增加缓慢;而单斜辉石、钙长石等助熔矿物的存在,促使烧结体A的体积密度显著改变,导热率快速增加。     

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。     

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。     

弱还原性烟煤氧吸附及其动力学研究

为掌握弱还原性烟煤在自然环境中的低温氧化规律,预防高温深井煤炭自燃,采用自制的固定床反应器对哈密煤样(HM)和灵武煤样(LW)进行不同载气流量的氧吸附试验,并对其动力学参数进行了拟合计算。研究结果表明,与载气中氧体积分数为25%相比,氧体积分数为15%时,LW和HM煤样氧吸附量明显增大,当温度达到160℃,2种煤样固定床出口氧体积分数分别为7.71%和6.41%。对于HM煤样,随着温度逐渐升高至100℃,煤样中氧吸附量逐渐增大,但此时载气中氧体积分数对煤样中氧含量变化影响较小。与原煤相比,脱灰煤样以及干燥温度较高的煤样比表面积较大,由于HM煤样比表面积大于LW煤样,吸附氧的活性位大于LW煤样,进而导致HM煤样在固定床出口处氧体积分数小于LW煤样。此外,当载气流量降低时,煤样中氧吸附量较大。HM和HM-D脱灰煤样在载气流量为40 m L/min时活化能最小,此时自燃倾向性最大;当载气流量为80 m L/min时,LW和LW-D脱灰煤样活化能最小,且LW-D煤样活化能大于LW煤样。     

碱/碱土金属盐对高灰分煤粉燃烧的催化作用

用热重分析方法对比研究了Ca(NO3)2,KCl和NaCl对高灰分煤(HAC)着火温度、燃烧特性指数和放热面积的影响.结果表明,碱/碱土金属盐能改变高灰分煤的燃烧反应历程,加速煤燃烧反应速率,着火温度降低,燃尽温度提前,且燃烧放热量增加.碱/碱土金属盐影响着火性能的大小排序为:NaCl(KCl)＞Ca(NO3)2;碱/碱土金属盐影响燃尽性能的大小排序为:NaCl＞KCl＞Ca(NO3)2.煤催化燃烧的作用机理研究结果表明,碱/碱土金属盐对煤粉着火性能的提高主要是金属盐促进了煤中挥发分的释放,使着火点提前;碱/碱土金属盐对煤粉燃尽性能的提高,主要作用机理是金属盐充当氧的载体,促进氧转移.     

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。     

拜耳法赤泥低钙烧结提铝反应机理研究

本试验采用低钙烧结法从拜耳法赤泥中提取氧化铝,在钙比为1.0的情况下,考察配料碱比、烧结温度和烧结时间对熟料中氧化铝溶出的影响。结果表明,在碱比为1.1、烧结温度为1 150℃、烧结时间为1.5 h的条件下,熟料中氧化铝溶出率可达到86.07%。利用热重-差热(TG-DTG)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了拜耳法赤泥低钙烧结反应机理。结果表明,700℃时,水钙铝榴石、高岭石转变为Na_(2-x)Al_(2-x)Si_xO_4;750℃时,Na2Ca Si O4开始出现;800℃时,钙霞石消失;随着烧结温度的升高,Na_(2-x)Al_(2-x)Si_xO_4在Ca和Na的作用下逐渐向Na Al O_2转变,至1 200℃,完全转化为Na Al O_2,同时生成Na2Ca Si O_4。     

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。     

依兰煤田依兰煤矿达连河组煤质特征研究

依据工业分析、硫含量和煤灰成分测试结果,对依兰煤矿达连河组煤的煤质特征进行了研究,结果表明研究区达连河组煤以特低水分含量、中灰分产率、高-特高挥发分产率和低硫含量为特征;煤灰成分主要以SiO_2和Al_2O_3为主。SiO_2/Al_2O_3比值指示Si和Al可能主要赋存于高岭石中,部分Si来自于石英;硫含量、灰成分指数Fe_2O_3+MgO+CaO、Al_2O_3+SiO_2-MgO+CaO-Fe_2O_3+SO_3指示煤形成于淡水环境,主要受控于陆源碎屑的控制,此外(Fe_2O_3+CaO+MgO)/(SiO_2+Al_2O_3)比值指示沼泽具弱还原环境;研究区煤中源岩主要为酸性岩组分。