基于耐火材料的粉煤燃烧过程结渣特性

采用光学显微镜,X射线衍射等方法对煤粉气流燃烧过程在不同耐火板上的渣样进行了测试,并就渣样的形貌及结晶特性、渣样成分与不同耐火板之间的高温烧结特性进行了研究.结果表明：灰分中碱性金属氧化物含量较低的煤粉气流燃烧过程中,SiC质耐火板与熔融煤灰的结晶度明显高于刚玉质耐火板;刚玉质耐火板在粉煤焦炭颗粒开始着火燃烧时灰渣结晶度达到最小,约为35%, SiC质耐火板与熔融煤灰结晶度在焦炭颗粒旺盛燃烧区达到最大,约为58%,较好地反映了渣板之间的黏结作用.     

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。     

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。     

钛渣制备人造金红石的试验研究

对钛渣制备人造金红石进行了研究,通过在高温下NaOH与钛渣中含硅矿物的反应,破坏对杂质铁形成包裹的硅酸盐,焙砂水浸脱硅后,再经酸浸除铁等杂质,煅烧得到TiO2含量大于92%的高品质人造金红石。通过考察影响因素,确定钛渣制备人造金红石最佳工艺参数。按钛渣中铝、硅含量理论计算的4.5倍摩尔比加入氢氧化钠混匀,在900℃焙烧2 h。焙砂在液固比1∶1、常温下水浸出1 h脱硅;水洗样在液固比4∶1,盐酸浓度18%,浸出温度90℃,浸出时间4 h条件下进行了酸浸除杂;酸浸样在900℃下煅烧1 h制备人造金红石产品。     

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。     

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。     

燃煤结渣特性的研究

为了准确预测燃煤的结渣特性,对4种不同地区煤样的煤灰化学成分及煤灰熔融温度进行测定,根据结渣特性判别指标对燃煤的结渣特性进行预测,并利用结渣性测定仪考察空气流量对4种煤样结渣率的影响,通过判别指标预测及实验对照分析,综合得出了4种煤样的结渣倾向。研究表明,煤灰化学成分及煤灰熔融温度是影响燃煤结渣特性的主要因素,外界条件也在一定程度上影响燃煤的结渣特性。     

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。     

煤和水煤浆炉内结渣积灰动态特性的研究

针对低熔点的神华煤和高熔点的水煤浆在炉内的结渣特性,采用灰污热流计,分别选择炉膛高温主燃区和炉膛较低温度的中上部作为模拟的结渣和积灰部位进行试验研究.主要通过灰污热流的动态变化、SEM,XRD和能谱分析揭示炉内沾污结渣特性和灰污热流变化规律.结果显示,在炉内高温区,神华煤比水煤浆的灰渣沉积率高,灰污热流衰减快,低熔点的复杂共熔体——钙长石 （Ca,Na）Si4Al4O8和较低熔点的赤铁矿是神华煤灰沾污结渣性强的关键因素;而在炉膛较低温度区域,神华煤的灰沉积率高于水煤浆,但灰污热流衰减却要慢.     

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。     

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1 000 ℃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。     

Mineral matter transformation during Sasol-Lurgi fixed bed dry bottom gasification – utilization of HT-XRD and FactSage modelling

Coal is generally accepted to be a heterogeneous resource where coal properties can vary extensively between geographical sites or within a mine. However, detail coal characteristics are essential to predict gasification performance. Mineral matter transformation and slag formation are specific properties of a coal source that provide more information on the suitability for combustion or gasification purposes. Therefore, the chemistry and mineral interaction have to be understood in order to determine the suitability for fixed bed gasification purposes with regards to mineral matter transformations and slagging properties.The principle aim of this paper is to understand the chemistry and interpret mineral matter transformation during Sasol-Lurgi fixed bed dry bottom (S-L FBDB) gasification by means of high temperature X-ray diffraction (HT-XRD), in combination with FactSage modelling.Conventional ash fusion temperature (AFT) analyses are currently used to predict slagging properties of coal sources. Normal AFT analyses give an average flow property and do not indicate exactly at what temperature the first melt/slag is occurring. Operating experience indicates that even when the gasifiers are operated at temperatures above the flow temperature as given by AFT analysis, a low percentage of slag is formed. The HT-XRD findings were further supported with FactSage thermochemical modelling of the gasifier, and indicated that feldspar formation (including anorthite) correlated with slag formation at temperatures around 1000 °C.It can be concluded that HT-XRD and FactSage modelling supply insight into specific mineral reactions and slag formation. Although the amount of melt was fairly low at 1000 °C, a percentage of melt is definitely present, which at this temperature is not reflected by AFT analyses. The specific value for Sasol in using FactSage, in combination with HT-XRD is that it can be used to analyse equilibrium conditions for reactions occurring between inorganic and organic materials together, as well as provide insight into mineral transformation and slag formation. This can improve the interpretation of flow properties of the reacted mineral matter in coal and assist in identifying and quantifying slag formation in gasifier operation at temperatures not reflected by normal AFT analyses.     

钢渣用作燃煤固硫剂的性能研究

为研究燃煤固硫过程中钢渣的固硫性能,分析了固硫过程的工艺参数钙硫比、空气流量、炉温、炉内停留时间等单因素对固硫率的影响,并设计正交实验分析各因素对固硫率主次顺序的影响,确定了最优实验参数。使用X射线荧光光谱仪(XRF)分析了灰渣的结渣性和钢渣的固硫效果;应用X射线衍射光谱仪(XRD)表征了钢渣与固硫灰渣的衍射峰,进一步反映了钢渣的固硫性能;采用扫描电镜(SEM)表征了固硫灰渣的显微形貌,比较了钢渣固硫前后的表面结构和微观形貌,验证了其他表征结果的合理性。结果表明,钢渣在900 ℃高温下具有较好的固硫性能,固硫率达到63.17%,加入2%碳酸钠助剂后钢渣的固硫率可以达到70.08%。     

基于混料试验设计优化煤气化复配助熔剂

为降低安徽淮南煤气化过程中煤灰熔融温度,解决高灰熔融温度煤在液态排渣气化炉的应用问题,利用混料试验设计对1号(钙基助熔剂)、2号(镁基助熔剂)和3号(铁基助熔剂)3种煤气化复配助熔剂进行优化,并以煤灰流动温度为评价指标,优选出所选助熔剂的最佳复配条件,并建立数学回归模型。结果表明:回归模型得出的煤灰流动温度预测值与试验实测值相差在20℃以内;通过混料试验设计,3种助熔剂的质量分数分别为0、0.47和0.53时,对所选煤样的助熔效果最佳,且数学回归模型预测结果与验证试验结果一致。     

高炉熔渣直接资源化绿色制备高效硅肥研究

针对高炉熔渣含大量显热及粉煤灰中二氧化硅含量高的特点,进行高温炉熔渣混合加入粉煤灰制备高效硅肥研究。粉煤灰与熔渣按7.76:92.24质量比加入,经混合水淬后得到硅肥中有效硅含量最高,且随高炉熔渣温度升高,硅肥中有效硅含量提高,高炉熔渣温度为1 550℃,制备出高效硅肥有效硅含量达到22.4%,并提出高炉熔渣协同粉煤灰直接绿色制备高效硅肥技术。      

煅烧煤矸石粉掺合料制备及对混凝土性能影响

通过胶砂强度评价法,确定煅烧煤矸石粉掺合料最佳制备工艺条件为:煅烧温度750℃、恒温2 h、研磨3 min;在此基础上,研究煤矸石掺合料与其他掺合料复掺比例对混凝土工作性、抗压强度、抗冻性的影响。结果表明:煅烧煤矸石粉与矿粉或粉煤灰最佳复掺比例为3∶7,与粉煤灰复掺,混凝土塌落度值、7 d、28 d抗压强度高于与矿粉复掺。与粉煤灰复掺,冻融循环次数可达550次;与矿粉复掺,冻融循环次数达到500次。综合各项指标,煅烧煤矸石粉与粉煤灰的相容性优于与矿粉之间的相容性,二者复合使用,既能改善混凝土拌合物的工作性,又能保证混凝土强度。