高钠煤中钠的赋存形态与控制技术

为了降低高钠煤在燃烧和气化过程中对电厂锅炉、加压循环流化床等的影响,根据钠在煤中的赋存形态,介绍了主要的钠研究方法,包括逐级提取、组分分离和低温灰化。在高钠煤的加工处理中可以采用以下方法降低其负面效应:改进锅炉局部区域的设计温度,尽可能使钠化合物停留在灰分中;通过动力煤分选;煤炭加工利用前,通过特殊试剂交换煤中的可溶性钠;添加可以与钠作用的物质。对新疆等地区高钠煤的利用提出了研究建议。     

MgO含量对高钠煤灰熔融特性的影响

为研究MgO含量对高钠煤灰熔融特性的影响,配制了不同MgO含量的高钠合成灰并对灰熔融温度进行了测试。利用FactSage 7.0提供的热力学数据库建立了SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃-CaO-MgO-Na₂O多元体系,模拟不同MgO含量的高钠合成灰的熔融过程。使用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（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MgO含量的增加,灰熔融温度先降低后升高。当MgO质量分数由0增加到5%时,高温下灰中生成大量低熔点的透辉石,透辉石会与霞石等矿物质形成低温共熔体,导致灰熔融温度降低。进一步增加MgO含量,高温下灰中生成镁黄长石、镁橄榄石和镁硅钙石等高熔点矿物质,使灰熔融温度升高。二元相图和似三元相图的结果表明,全液相温度随MgO含量的变化趋势与灰熔融温度相同。对本研究中的煤种,当MgO质量分数为30%时,可以有效提高灰熔融温度并抑制熔融液渣的生成。     

调控煤灰流动特性的气化配煤研究进展

在对气化配煤调控煤灰熔融特性、结渣特性综述的基础上,从矿物质演变和量子化学角度对配煤改变煤灰化学特性机制进行了重点分析。配煤本质上改变了煤灰中易熔矿物与难熔矿物组成和含量,含钙与含铁硅酸盐矿物所形成的低温共熔物是煤灰熔融温度降低主要原因;莫来石、钙矾石、钙铝榴石等高熔点矿物的生成是提高煤灰熔融温度、改善高碱煤结渣特性的重要原因。进一步从煤灰化学组成与矿物组成两个方面对配煤灰熔融特性预测模型进行了阐述。最后对配煤改善煤灰流动特性研究方法和方向提出了建议。     

调控煤灰流动特性的气化配煤研究进展

在对气化配煤调控煤灰熔融特性、结渣特性综述的基础上,从矿物质演变和量子化学角度对配煤改变煤灰化学特性机制进行了重点分析。配煤本质上改变了煤灰中易熔矿物与难熔矿物组成和含量,含钙与含铁硅酸盐矿物所形成的低温共熔物是煤灰熔融温度降低主要原因;莫来石、钙矾石、钙铝榴石等高熔点矿物的生成是提高煤灰熔融温度、改善高碱煤结渣特性的重要原因。进一步从煤灰化学组成与矿物组成两个方面对配煤灰熔融特性预测模型进行了阐述。最后对配煤改善煤灰流动特性研究方法和方向提出了建议。     

配煤对催化气化工艺中煤灰烧结行为影响研究

针对易结渣煤种,研究不同配煤方式对煤灰熔融特性的影响,在催化气化工况气氛下利用压差法烧结温度测定实验装置对各煤灰进行初始烧结温度测试,并结合X射线衍射(XRD)及Factsage热力学软件计算结果表征分析煤灰的相关物理和化学变化,推测灰中矿物质间的反应及矿物的转变,研究矿物质变迁规律,揭示缓解结渣机理。结果表明,通过将高灰熔点、高硅铝含量煤种同易结渣煤种混配可缓解易结渣煤种的结渣问题,同高灰熔点煤混合可有效提高易结渣煤种灰熔点;混煤工艺不同,对灰熔点及烧结温度影响各异,这主要与催化剂在煤质上分布、催化剂存在形式不同及其与不同煤种中矿物质作用不一有关。     

垃圾焚烧系统换热表面的积灰生长与控制研究进展

焚烧是我国处理城市生活垃圾的重要方式,能够实现城市生活垃圾的减量化、无害化和资源化利用。由于城市生活垃圾水分高、盐分多、热值低,导致垃圾焚烧炉普遍面临严重的积灰问题,这不仅为垃圾焚烧炉的安全运行带来隐患,还严重影响垃圾焚烧发电厂的经济效益。本文综述了垃圾焚烧炉受热面积灰生长的研究现状,介绍了垃圾焚烧炉受热面积灰生长的机理,分析了飞灰粒径、烟气流速、烟气温度、换热面温度等对垃圾焚烧炉受热面积灰生长特性产生影响的因素。在燃煤锅炉和生物质炉积灰结渣的现有积灰模型基础上,需要结合垃圾炉的积灰实验数据发展可以预测垃圾焚烧炉积灰结渣问题的模型。针对垃圾焚烧炉受热面积灰严重的现象,本文提出了设备改进、工艺优化、使用添加剂和涂层技术抑制积灰生长的一系列方法。最后总结了当前的重点研究内容,提出了建立能够准确预测垃圾焚烧炉积灰生长的模型,开发新的有效减轻垃圾焚烧炉换热面积灰的涂层等今后开展研究的方向,为垃圾焚烧电厂的合理运行提供了参考建议。     

高钠煤气化过程中的灰化学研究进展

煤气化是发展煤基大宗化学品及清洁燃料的关键技术,也是实现双碳目标的重要途径。准东高钠煤中碱金属钠含量高,气化过程中碱金属钠释放造成严重的灰释放问题,因此,探究准东高钠煤在气化过程中灰沉积、结渣机理及煤灰流动性对准东煤的清洁高效利用具有重要意义。鉴于此,综述了近年来气化过程中高钠煤的灰化学研究最新进展。总结了煤中钠的赋存形态及含量,阐明了气化过程中钠的迁移转化机制及钠释放导致气化炉受热面造成的灰沉积、结渣问题。由于高钠煤中钠释放主要受气化温度的影响,因此成灰温度不宜高于500℃。气化过程中易生成熔点低的含钠矿物质,降低高钠煤煤灰熔融温度。高钠煤中钙、铁含量高时,煤灰中钙长石及钙铝黄长石在高温下生成低温共晶体、Fe²⁺与煤中矿物质反应形成低熔点尖晶石均是加剧煤灰熔融的重要原因。同时,热转化过程中气氛对高钠煤中矿物演化具有一定影响。高钠煤灰的熔融区间窄,熔融速率快,表明高钠煤灰流动性强,由于Na⁺的离子势较低,O^2-被Si⁴⁺夺取,导致桥氧键断裂成非桥氧键,熔渣网格结构解聚,黏度降低,其熔融机理符合“熔融...     

锅炉全烧准东煤沾污结渣特性分析

针对燃烧新疆准东煤存在结渣、沾污等问题,在新疆宜化150 t/h锅炉全烧准东煤进行实炉测试试验。在全烧准东煤期间,对锅炉炉膛水冷壁、过热器、低温受热面、底渣的结渣形态观测,对以上各部位渣样取样分析。结果显示,锅炉全部燃烧准东煤时存在严重的结渣与沾污问题。结合实验室试验研究及本次实炉测试试验,认为结渣、沾污主要原因是由于煤中钠的氯化物、氧化物、单质气化后形式挥发到烟气中冷凝在高温管壁,与烟气SO_2、Fe_2O_3等化合生成硫酸盐沉积,煤中铁矿石分解后与CaO、Al_2O_3等形成低温共融化合物,降低灰熔融性温度,增加准东煤灰结渣、沉积倾向,煤中高钙、高水分加速了烟气低温段的积灰。     

粉煤燃烧过程的熔融煤灰在刚玉上的结渣特性

采用光学显微镜、X射线衍射等方法对煤粉气流燃烧过程中在刚玉质耐火板上结渣的渣样进行了测试,并就渣样的形貌及结晶特性、渣样成分与刚玉之间的高温烧结特性进行了分析研究. 结果表明,煤粉气流焦炭颗粒着火燃烧时释放出的CO使焦炭颗粒处于还原性气氛中,降低了灰渣熔融温度,增强了熔融煤灰与耐火板之间的粘结作用;耐火板中的Cr2O3和煤灰中的Fe2O3, CaO, TiO2等晶核剂在煤粉燃烧过程中对刚玉质耐火板上的灰渣结晶程度的影响明显,Al2O3对刚玉质耐火板上熔融煤灰冷却过程的成核结晶作用不明显;灰渣的结晶度较好地反映了灰渣与刚玉质耐火板的粘结作用,在焦炭颗粒着火燃烧区域,煤样I和II灰渣的结晶度最小,分别为49%和32%左右.     

纳米陶瓷的特性和烧结方法研究进展

本文综述了纳米陶瓷在超塑性、铁电性能、力学性能和增韧等方面的特殊性能,介绍了纳米陶瓷的两步法烧结、放电等离子烧结、超高压烧结和微波烧结等成功的烧结方法并阐述了这些特殊烧结方法的烧结机理.此外,对纳米复相陶瓷的特性也进行了介绍.     

高碱低阶煤热解及热解半焦研究进展

我国碱金属、碱土金属(AAEM)含量高的低阶煤储量丰富。高碱含量造成锅炉受热面结渣沾污及气化炉结块腐蚀等难题,低阶煤内水高、氧含量高、挥发分高、发热量低以及易氧化自燃等特性为其储、运、用带来极大的难题。热解可生产优质燃料和高附加值化工原料,也是燃烧、气化、直接液化等过程的起始阶段和/或伴随反应,煤在热解阶段发生的反应、经历的变化,对煤转化利用的效率和清洁程度起重要、甚至决定性作用。笔者对煤热解与热解半焦研究及进展进行综述性评价,着重探讨煤中AAEM对热解过程及半焦的影响。结果表明,热解研究装置模拟的工况与现代煤化工过程中煤热解所处环境相差甚远,半焦样的代表性不强使热解研究成果的指导意义不大;对煤中不同赋存形态AAEM的分离方法有待完善,还需筛选、尝试新的萃取试剂;基本掌握了煤热解过程中AAEM的变迁行为,但尚缺乏控制煤中AAEM危害的有效方法。高碱低阶煤的安全高效洁净转化利用技术仍待突破。     

高钠煤中水溶形态钠对热解的影响

为研究新疆准东高钠煤中钠的脱除及水溶性钠对热解过程的影响,采用水洗处理脱除煤中40%钠盐后,在热重分析仪和沉降炉内进行不同加热速率的热解试验,通过热重分析仪、电感耦合等离子发射光谱仪、气相色谱等仪器表征了热解半焦、气体和焦油的产物分配规律和特性。结果表明,在慢速和快速热解条件下,水洗过程均未对热解过程产生影响,水洗前后热解产物分配情况与气体组成基本一致。水洗脱钠工艺与低温热解提质工艺耦合后,脱除了部分煤(焦)中的钠,与原煤焦相比,水洗后的半焦燃烧特性指数提高约30%。     

温度和气氛对高K高S糠醛渣灰分的烧结特性研究

糠醛渣的能源化利用是糠醛产业清洁生产和碳减排的有效途径。然而,现有的直接燃烧利用常面临着因糠醛渣高K引起的灰分烧结严重、高S导致的SO_x排放量大和高水含量导致的燃烧效率低等难题。基于此,在管式炉中考察了单一气氛(N₂、CO₂、O₂)和混合气氛(N₂+H₂O、CO₂+H₂O、O₂+H₂O)中糠醛渣灰在不同温度下的烧结特性,并对灰分颜色、收缩率、微观形貌、矿物质成分和K/S释放等特性进行系统分析。灰分热收缩行为显示,随温度升高,灰样收缩率增加;在单一气氛中添加水蒸气能促进灰分烧结。SEM分析发现,在灰分烧结前,其微观结构在低温下已出现熔融和结渣。XRD分析表明,灰分烧结与低熔点矿物生成紧密相关。单一气氛中,高温下N₂促进钾长石生成;CO₂抑制钾长石生成;O₂促进钙铝黄长石和透辉石生成。在混合气氛中,水蒸气的出现促进多种低熔点钾铝硅酸盐生成,如钾长石和白榴石等。XRF分析显示,随温度升高,灰样中K的固留率(G_K)和S的固留率(G_S)降低;在考察的单一气氛中,高温时,N₂中G_K最低;G_S受气氛的影响较小。在考察的复合气氛中,高温时,G_K受气氛影响较小;G_S受气氛影响严重,特别地,O₂+H₂O气氛中G_S最高,S逸散最少。为抑制糠醛渣灰分烧结和K/S元素逸散到气相中,糠醛渣在流化床燃烧过程中应控制运行温度(低于900℃)、降低气氛中N₂的含量。     

粉煤灰高附加值利用研究进展

粉煤灰是火电厂燃煤过程中产生的固体残渣, 其成分复杂, 具有毒性, 若处理不当会对环境造成危害。因此, 粉煤灰的高附加值利用迫在眉睫。然而, 粉煤灰的品质是制约其高附加值利用的主要因素。目前, 中国粉煤灰品质参差不齐, 缺少完善的品质评价体系, 由此造成粉煤灰利用领域的局限性。针对上述问题, 首先分析了中国粉煤灰的资源化特性, 总结了粉煤灰的品质评价方法, 并重点阐述了适用于粉煤灰高附加值利用的品质评价方法;其次, 详细介绍了粉煤灰高附加值利用技术（高附加值提取技术、高附加值材料制备技术）;最后, 对粉煤灰高附加值利用的发展趋势做出了展望。     

新疆高钙煤混烧对灰中含钙矿物熔融特性影响

选用一种高钙和一种高硅铝新疆煤,在沉降炉中进行不同比例的混煤和单煤燃烧实验。采用计算机控制扫描电镜(CCSEM)分别对燃烧后总灰矿物成分和粒径分布进行分析。基于CCSEM分析获取单颗粒灰成分数据,采用热力学平衡方法对灰中矿物液相比例进行计算,分析混煤燃烧对灰中含钙矿物熔融特性影响。结果表明,煤中有机结合态Ca极易与煤中其他矿物元素发生交互反应,交互反应后含钙矿物种类取决于煤中内在矿种类。混煤燃烧会促进灰中含钙硅铝酸盐向含钙复杂硅铝酸盐转化,同时促进含钙矿物的熔融。在低温条件下,混烧煤灰中熔融含钙矿物粒径分布受碱金属粒径分布影响;但是高温条件下,混烧促进熔融含钙矿物向大粒径煤灰迁移。     

Effects of Xinjiang high calcium coal co-firing on melting characteristics of Ca-bearing minerals in ash

In this study, a high-calcium coal, a high-silicon-aluminum Xinjiang coal and their blends were burnt in a drop tube furnace. The computer-controlled scanning electron microscope (CCSEM) was used to analyze the total ash mineral composition and particle size distribution after combustion. Based on CCSEM analysis, the composition data of single particle ash was obtained. The thermodynamic equilibrium method was used to calculate the liquid phase ratio of minerals in the ash, and the effect of coal blending on the melting characteristics of calcium-containing minerals in the ash was analyzed. The results show that the organically bound Ca easily interacts with other minerals in the coal. The mineral species of Ca-bearing minerals in the bulk ash mainly depend on the included minerals in coal. Co-firing will promote the conversion of calcium-containing aluminosilicate in the ash to calcium-containing complex aluminosilicate, and at the same time promote the melting of calcium-containing minerals. Under low temperature conditions, the particle size distribution of molten calcium-containing minerals in co-fired coal ash is affected by the particle size distribution of the alkali metal; however, under high temperature conditions, co-firing promotes the migration of molten calcium-containing minerals to large particle size ash.     

Na及矿物类型对高碱煤快速热解焦油及BTEXN产物分配的影响

轻质芳烃（BTEXN）如苯、甲苯、乙苯、二甲苯和萘作为高价值化学原料,在工业中具有广泛应用。煤干馏焦油的精制是BTEXN重要生产方法之一。本文分别选用红沙泉和将军庙两种典型新疆高碱煤,通过逐级萃取及外源添加Na两种预处理方式,利用Py-GC/MS半定量研究了高碱煤中钠形态和含量,以及矿物组分类型对煤快速热解焦油及BTEXN产物分布的影响。结果表明,两种高碱煤中固有矿物质均可提高焦油及BTEXN析出量,水溶性矿物质（Na）对此起关键作用。内源性水溶性矿物及醋酸铵溶性矿物使红沙泉煤焦油析出量提高22%和55%;而外源添加的水溶性NaCl和醋酸铵溶性CH₃COONa降低了将军庙煤焦油析出量。水溶性矿物及1.0%（质量）的NaCl和CH₃COONa分别使煤焦油中的BTEXN析出量提高45%、42%和62%,醋酸铵溶性物质及低含量[0.4%(质量)]Na则会抑制BTEXN的析出。     

Studies of sintering of coal ash relevant to pulverised coal utility boilers: 2. Preliminary studies of compressive strengths of fly ash sinters

The development of strength of pellets of fly ash with sintering temperature was investigated. Pellets heated below the shrinkage or electrical (Raask) sinter point did not develop strength over several hours. Hot crushing of pellets above the sinter point gave plastic deformation, presumably due to liquid on the particle surfaces. Cooling below the sinter point before crushing gave the same strength as crushing at room temperature, showing strength was due to solidification. Strength as a function of heat treatment temperature (1 h duration) above the sinter point went through a maximum, indicating that liquid is removed at higher temperature. SEM analysis of the cold pellets showed glassy sintering at conditions of maximum strength, and crystallization of mullite as strength decreased with higher heat treatment temperatures. Results suggest that iron silicate compositions increased the maximum sinter strength more than sodium silicate compositions. Water washing of fly ash reduced maximum strength. Addition of Na₂0 or surface films of sodium carbonate to a synthetic mineral mixture reduced the sinter point and led to strength development at lower temperatures: however, too high additions reduced the maximum strength.