长治煤与生物质混合灰熔融特性研究

采用灰熔点测定仪、X射线荧光仪、X射线衍射仪和FactSage软件相结合对生物质（花生壳、稻壳）与高灰熔点长治煤混合灰的熔融特性及其熔融机制进行了研究。结果表明,两种生物质灰都可以降低长治煤的灰熔融温度,花生壳灰助熔效果优于稻壳灰,这主要与它们的化学组成和赋存形态有关。低熔点长石类矿物（钙长石、钠长石）和白榴石的生成是花生壳与长治煤混合灰熔融温度降低的主要原因;长石类矿物的生成及其与SiO₂结合生成的低温共熔物引起稻壳与长治煤混合灰熔融温度降低。热力学计算表明,在碱性氧化物Na₂O、CaO、K₂O存在时,SiO₂和Al₂O₃优先与其反应生成低熔点硅铝酸盐,一定程度上抑制了高熔点莫来石矿物的生成,从而起到助熔作用。混合灰的熔融过程可以分为含钾矿物熔融和含钙矿物熔融两个阶段,两类矿物熔融顺序：含钾矿物先于含钙矿物。     

配煤和助熔剂降低煤灰熔融温度的矿物学特性研究

主要研究添加助熔剂或配煤降低晋城无烟煤的灰熔融温度。通过X射线衍射(XRD)、热力学计算以及灰熔点测试等手段,研究混煤灰熔融特性及其在变形温度时的矿物学特征,解析其结渣特点。结果表明,原煤灰含量越低,混煤灰熔点降低效果越明显。在配煤添加量为20%时,低灰煤C灰熔点降低趋势最明显,对于高灰煤G,则为30%;助熔剂K对C的灰熔点降低效果比对G的更明显。在混煤灰的变形温度处,出现了长石类矿物质。长石类矿物含量的上升和莫来石含量的下降促使灰熔点快速降低。热力学计算表明,高温下,煤灰中液相物质的产生伴随着钙长石和石英含量的快速下降以及莫来石含量的缓慢降低。钙长石参与了煤灰中液相物质的产生。能够与钙长石作用形成低熔点共熔体的物质的含量决定了它的助熔效果。     

生物质与烟煤混合灰熔融特性影响因素的研究

为探究气氛、混合比及残炭含量对生物质与煤混合灰熔融特性的影响,将松木屑灰与乌海烟煤灰按不同质量比混合,采用智能灰熔点仪测定各混合灰样在不同气氛下的灰熔融温度,X射线衍射仪从矿物质演变角度分析混合灰熔融温度变化的原因。结果表明,由于铁尖晶石和铁橄榄石的生成,使混合灰的熔融温度在弱还原性气氛下比氧化性气氛下低,且差值的大小与混合灰中Fe含量有关;随松木屑灰含量的增加,钙铝黄长石、镁黄长石、白榴石等低温共熔物的生成量增加,使混合灰的熔融温度降低;此外,由于Fe-C共熔体(Fe_xC_y)的生成、灰锥局部还原性气氛及残炭的"骨架"作用,使混合灰的熔融温度随煤灰中残炭含量的增加呈现先升高后降低再升高的趋势。     

弱还原气氛下水稻秸秆对晋城无烟煤的助熔机理

以高灰熔点的晋城无烟煤和水稻秸秆为研究对象,通过CaO-Al_2O_3-SiO_2三元相图、X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜耦合X射线能谱分析(SEM-EDX)研究了弱还原气氛下水稻秸秆对晋城无烟煤的助熔机理。随着水稻秸秆添加比例的增加,灰熔融特征温度呈下降趋势,灰中碱性氧化物CaO、Na_2O和K_2O含量增多,结渣指数Rb/a值在0.20-0.69;当水稻秸秆添加量为20%(质量分数)时,流动温度(FT)降低至1 369℃,可满足气化炉液态排渣的要求;水稻秸秆的添加降低了灰中液相出现的温度,增加了液相物质出现的比例和几率,使灰更易发生熔融;混合灰中所形成的钠长石等低熔点矿物质以及钙长石、石英和莫来石所形成的低温共熔物导致灰熔点降低。     

磷对泥/煤混燃灰熔融特性的影响及矿物相演变规律

采用灰熔点仪、X射线荧光仪(XRF)研究了无机非金属P2O5对城市污水污泥与烟煤的混烧灰熔融特性的影响,利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)研究在各混烧温度下灰中含磷矿物在晶体和非晶体间的演变。结果表明,对于Al_2O_3含量较多且熔点较高的灰样,磷含量的增加可显著降低其灰熔点,P2O5含量在0-4%时影响最大,使其灰熔点降低126℃;但对碱性含量高的灰样的影响较小。低温灰中主要以磷酸铝(AlPO_4)晶体为主,温度升高后,与硬石膏(CaSO_4)等含钙矿物和赤铁矿(Fe_2O_3)反应生成晶体Ca_3(PO_4)_2和玻璃相(Fe_2O_3)_(0.252)(P_2O_5)_(0.748),磷含量增加可使灰中玻璃相(Fe_2O_3)_(0.252)(P_2O_5)_(0.748)增加,是磷降低灰熔点的主要原因。     

配煤对煤灰熔融特性影响的实验与量化研究

采用量子化学计算方法和实验研究,从微观分子结构和宏观煤灰熔融特性两个层面上,研究了高温下高、低灰熔点煤配煤降低高灰熔点煤煤灰熔融温度的熔融特性和熔融机理。实验和计算结果表明,配煤时,Ca²⁺作为电子受体进入煤灰中莫来石的晶格,使晶格发生重组,易生成熔点较低的钙长石。莫来石的分子结构较钙长石的要稳定得多,Ca²⁺进入莫来石晶格后位于由\[SiO₄\]^4-和\[AlO₄\]^5-两种四面体形成的网络之间,与O配位的Ca原子削弱了莫来石中的Si-O键,使得配煤后的混煤灰熔融温度降低。量子化学计算得到的灰中矿物质分子结构及相应的物理化学特性,如化学状态、表面化学活性及成键特性等,能够很好的从灰中矿物质分子微观结构特性解释高温下煤灰熔融过程中耐熔矿物与助熔矿物间的反应机理。     

不同灰化温度下生物质混煤灰的烧结特性研究

选取晋城无烟煤和麦秆作为研究对象,利用压差法烧结温度测定装置测量不同灰化温度下煤和麦秆混合灰的烧结温度,再利用SEM-EDS以及XRD对灰样进行烧结特性分析。结果表明,不论灰化温度高低,随着麦秆的添加,煤和麦秆混合灰的烧结温度都呈现降低趋势,其降低幅度略有差别。灰化温度较低时,煤和麦秆混合灰的烧结温度低于灰化温度较高情况下混合灰的烧结温度。SEM-EDS分析表明,低温灰化得到的样品中出现较多不规则的纤维结构;较高温度下获得的灰样中出现较多致密的球状颗粒,这表明矿物质发生熔融形成球状颗粒。XRD分析表明,低温灰化烧结后的煤和麦秆混合灰样中因含有较多的含钾等碱金属系助融矿物质,导致混合灰样的烧结温度降低。然而,像钙长石等含钙矿物质本身具有较高的熔点,因此,在1 100℃时混合灰样具有较高的烧结温度。     

铁基助熔剂对皖北刘桥二矿煤的灰熔融特性影响研究

研究了铁基助熔剂对皖北刘桥二矿煤（AQ）灰熔融特征的影响,并对AQ煤灰在添加铁基助熔剂前后不同热处理温度下的矿物组成进行了XRD和红外光谱分析。结果表明,导致AQ煤灰熔点高的主要原因是1000℃以上形成的莫来石引起的;加入铁基助熔剂可以降低AQ煤灰的熔融温度;在高温下铁基助熔剂与煤灰中其他铝硅酸盐矿物发生反应,生成铁橄榄石和铁尖晶石等低温共熔化合物,从而使煤灰熔点明显下降。     

配煤对高熔点煤灰熔融特性影响的研究

采用灰熔点较低的襄阳煤和灰熔点较高的晋城无烟煤组成的混合煤样,利用XRF、SEM、DSC、XRD、三元相图等分析方法,探究了襄阳煤对晋城无烟煤煤灰熔融温度的影响。结果表明,配煤能有效降低高熔点煤灰的熔融温度,当襄阳煤的加入量小于24%时,混合煤灰熔融温度显著降低;襄阳煤的加入量在24%-40%时,混合煤灰熔融温度变化平缓且流动温度低于1 400℃。混合煤灰中的成分在1 000-1 200℃发生一系列的化学反应,主要包括SiO_2与Al_2O_3结合产生高熔点物质莫来石以及Fe_2O_3、CaO与莫来石反应转化形成铁尖晶石、钙长石等新物质,由此造成了煤灰熔融温度的变化。基于BP神经网络对实验数据建立预测模型,其预测效果优于前人总结的经验公式,平均准确度高于99%。利用热力学软件HSC 5.0分析了CaO、Fe_2O_3对降低煤灰熔融温度的影响,分析表明,CaO对莫来石的转化作用优于Fe_2O_3。     

灰中酸性成分对灰熔融温度的影响

搜集并统计了世界129种典型煤种、城市污水污泥及污泥/煤混烧灰样的灰成分及灰熔融特征温度等相关数据,研究灰中酸性成分SiO2、Al2O3、TiO2和P2O5对灰熔融特性的影响。结果表明,Al2O3是决定灰熔点的主要因素,酸性金属氧化物SiO2、Al2O3和TiO2形成的耐熔矿物质石英、偏高岭石、莫来石、金红石等可提高灰熔点。非金属氧化物P2O5与污泥和污泥/煤的灰熔点FT二次拟合很好且明显降低熔点,污泥灰中P2O5含量显著高于煤灰是导致其熔点明显低于煤的重要原因。     

工业、生活污泥与煤混合燃烧的灰熔特性研究

针对煤粉锅炉掺烧污泥后污泥对混合燃料灰熔特性的影响行为,利用矿物三元相图、XRD等分析手段,研究了不同特性污泥(生活污泥、工业污泥)与煤掺混燃烧过程中不同矿物组分的相互作用机制及灰渣的灰熔融特性变化特征。结果表明,三元相图能够有效预测煤和污泥掺混后灰熔融温度的变化趋势;低含量的氧化铁形成低温共熔体以及透辉石、钙长石会降低煤和污泥混合后的灰熔融温度;而钙镁橄榄石、莫来石和单体形式存在的氧化铁能提高煤和污泥混合后的灰熔融温度。工业污泥中的高硫组分在混烧过程中易形成硫酸盐的低温共融体。生活污泥中磷对灰熔点的影响与氧化铝及碱金属的比例有关,当氧化铝的含量占主要成分时,磷的存在趋向于降低灰熔点,而当碱金属占主要成分时,磷的存在趋向于提高灰熔点。     

高碱煤含钠矿物沉积层的高温熔融及多相反应过程分析

采用纯矿物试剂模拟燃用高碱煤时炉内受热面典型的灰沉积层化学组成,利用热机械分析（TMA）、TG-DSC分析、高温煅烧实验结合XRD、SEM-EDS表征方法研究了不同Na₂SO₄含量灰沉积层的高温熔融过程及矿物间的多相反应机理。结果表明,掺混Na₂SO₄后沉积层熔化特征温度显著降低,Na₂SO₄的主要反应途径与掺混比例有关,当掺混比低于20%时,Na₂SO₄与SiO₂、CaO、Al₂O₃反应主要转变为CaSO₄和钠的硅铝酸盐;掺混比大于40%时则主要与CaSO₄生成低熔点的钠钙复合硫酸盐。富Na₂SO₄沉积层颗粒在800℃时开始黏结;900-950℃时,霞石、钠长石等钠的硅铝酸盐发生低温共熔,同时Na₂SO₄和CaSO₄生成的复合硫酸盐开始熔融,逐渐形成液相;1200-1250℃时,镁黄长石与含钙矿物发生强烈共熔,温度超过1300℃后矿物完全熔融成为自由液相。     

污泥对神府煤灰熔点的影响

研究了神府煤（A）、污泥（W1）、改性污泥（W2）以及煤污泥混合物（AW1、AW2）的灰熔融特性,发现W1、W2分别加入神府煤中可以不同程度地降低煤的灰熔点。W1添加30.74g时,污泥煤灰的熔融温度降到最低,流动温度（FT）降幅程度达到63℃;W2加量为51.23g时,FT降低82℃。通过XRD分析了煤、污泥及混合物中的矿物质组分,并比较了AW1、AW2混合灰在不同特征温度下矿物质的形态演变。结果表明,W1加入A中后,生成了新的矿物质氯磷灰石,并且降低了石英、硬石膏、赤铁矿这三种主要矿物质的转化温度,从而降低了煤的灰熔点;W2降低煤灰熔点的主要原因在于W2中有大量的金属钠离子,混合灰在不同特征温度下主要发生钠类矿物质的转变。     

准东煤灰化过程中的矿物演变及矿物添加剂对其灰熔融特性的影响

利用低温灰化、高温灰化和X射线衍射物相分析相结合的方法对准东煤中矿物质在加热过程中的演变规律进行了研究。结果表明,准东煤中原始矿物质以方解石、高岭石为主,随着燃烧温度的升高,煤灰中矿物质最终生成了铁橄榄石、硅酸钙等。此外,向准东煤中掺加不同比例的高岭土和刚玉混合添加剂,发现随着SiO2/Al2O3比值的降低,煤中生成了钙矾石、钙铝榴石等高熔点物质,准东煤的灰熔点逐步升高。     

CaO含量对高钠煤灰熔融特性的影响

为研究CaO含量对高钠煤灰熔融特性的影响,配制了不同CaO含量的高钠合成灰并对灰熔融温度(AFTs)进行了测试,利用Fact Sage 7.0提供的热力学数据库对灰熔融过程进行了模拟,分析不同CaO含量的高钠合成灰的矿物质变化,利用X射线衍射(XRD)、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CaO含量的增加,灰熔融温度先降低后提高。添加CaO同时影响含钙矿物质与含钠矿物质的存在形式与相对含量。在1 000℃下,含钙矿物质由钙长石依次转化为钙铁榴石、硅灰石、钙黄长石、硅钙石和原硅酸钙,含钠矿物质由钠长石转化为霞石。二元相图和似三元相图的结果表明,液相线温度随CaO含量的变化趋势与灰熔融温度相同。对本研究中的煤种,当CaO含量高于40%时,可以有效提高灰熔融温度。     

煤灰中矿物质组成对煤灰熔融温度的影响

选取九种不同灰熔融温度的煤样,利用X射线衍射分析方法,研究了煤灰的矿物质组成及含量对灰熔融温度的影响,以及弱还原性气氛下不同温度煤灰熔融过程中的矿物演变过程及其对灰熔融温度的影响。结果表明,815℃煤灰的主要晶体矿物质组成为石英、硬石膏、赤铁矿、氢氧钙石和石灰等。一般情况下,煤灰中氢氧钙石含量低,硬石膏和赤铁矿含量高的煤,灰熔融温度较低。在还原性气氛下,随着温度的升高,煤灰中的石英、硬石膏、氢氧钙石等结晶矿物含量逐渐减少,生成新的矿物质。莫来石的生成是导致煤灰熔融温度高的主要原因。低灰熔融温度煤灰在加热过程中,在1 100℃时,钙长石和铁钙辉石的生成起到了降低煤灰熔融温度的作用。     

添加助熔剂后朱集西煤灰熔融特性规律研究

以高灰熔点朱集西洗煤为对象,研究了助熔剂CaCO₃、Fe₂O₃、CaCO₃/Fe₂O₃复合助熔剂以及CaMg(CO₃)₂对其煤灰熔融特性的影响。结果表明,各助熔剂均可降低煤灰熔融温度,但助熔效果与助熔剂种类和添加量有关,采用CaCO₃/Fe₂O₃复合助熔剂以及CaMg(CO₃)₂在添加量较小时,助熔效果明显;利用FactSage热力学软件,分析了添加助熔剂对煤灰中矿物高温熔融行为的影响,为进一步掌握助熔剂的助熔机理提供理论帮助。     

钙铁助剂对粉煤灰熔融性和结晶行为的影响机理

利用粉煤灰制备高强度无机纤维是实现其高值化利用的重要路径,由于粉煤灰硅铝含量较高,可通过添加钙铁助剂降低均质化过程中原料熔融温度,避免降温拉丝过程中结晶行为。本工作研究了空气气氛下不同含量及比例钙铁助剂对煤灰熔融性及结晶行为的影响机理。结果表明,空气气氛下氧化钙(CaO)与氧化铁(Fe₂O₃)不存在协同助熔效果,CaO的助熔效果优于Fe₂O₃。高温下Fe₂O₃未与硅铝组分生成低熔点矿物,而添加CaO有利于将难熔的莫来石转化为钙长石,使得粉煤灰熔点大幅度降低;然而,当CaO添加量超过30%时,生成了大量的钙黄长石,使得粉煤灰熔点迅速升高。降温过程中,铁元素以赤铁矿形式析出,析晶温度相对较低;而钙元素以钙长石形式析出,析晶温度相对较高,不利于无机纤维制备过程中纺丝操作。当CaO含量为32.46%时,粉煤灰熔点最低,且降温过程中无晶体析出,因此,在粉煤灰基无机纤维制备过程中应选择钙基助剂调控熔融性和结晶行为。     

无烟煤流化床气化飞灰的结渣特性

通过烧结特性实验研究了无烟煤流化床气化飞灰在"近灰熔点"处的烧结特性,并利用X射线衍射分析(XRD)进行了结晶矿物质和玻璃相的定量分析以研究其烧结机制。结果表明,飞灰中矿物质间的相互转化控制着其结渣特性。由于铁、钙和镁等碱性组分的部分富集,飞灰的灰熔点与原煤相比要低;在低于灰熔点DT 100~200℃附近,由于长石类矿物质的转变熔融形成了具有黏结性的液相,灰样发生液相烧结导致收缩变形而结块;大部分的钙和铁等助熔组分赋存于玻璃相中提高了其浓度,且在热处理过程中它们并未发生析晶行为,从而促进灰样的烧结致密化过程,进一步使得飞灰的结渣倾向增强。     

中国煤的灰熔点

煤灰成分对灰熔点是有影响的,改变煤灰成分可以改变灰熔点.增加煤灰中金属氧化物如Fe_2O_3、CaO及MgO等可以降低灰熔点而便利液态除灰,而增加煤灰成分中的瓷土(耐火泥)百分数是否可以提高灰熔点,是值得试验研究的.可以假定煤灰的主要成分是:瓷土(Al_2O_3·2SiO_2·2H_2O)+自由SiO_2+各种金属氧化物,煤在燃烧后,自由SiO_2与金属氧化物结合而成低熔点的硅酸盐.自由SiO_2的增减以比率SiO_2/Al_2O_3的增减表示之.当比率SiO_2/Al_2O_3=1.17时,自由SiO_2=0,则虽金属氧化物增加,但没有自由SiO_2与金属氧化物结合成低熔点的硅酸盐来降低总的灰熔点.若比率SiO_2/Al_2O_3增加至1.17以上,则虽在同一的金属氧化物百分数时,灰熔点将降低.煤成分中的总硫的增加,亦正如煤灰中的Fe_2O_3一样,将降低灰熔点.电厂锅炉中的用煤含硫总量,希望不超过1％,俾免产生炉内结焦问题.