化学脱灰对低灰煤粉性质的影响

本文研究了HCl-HF-HCl方法脱灰对低灰煤粉性质的的影响.研究发现,酸处理不仅使煤的灰分脱除,也使其挥发分降低,煤变质程度越低,挥发分降低幅度越大;通过对脱灰滤液的检测,发现脱落的有机质主要是短链烷烃及其同系物,也有少量的含氧物质;酸处理后煤粉中金属离子也将全部脱除;燃烧特性研究发现,煤粉脱灰后高变质程度煤反应活性提高,低变质程度煤反应活性下降,取决于有机质和金属离子脱除与比表面积增加之间的平衡.因此,化学脱灰不能证明矿物对煤粉燃烧的影响.     

准东煤中碱金属含量的LIBS激光测量

电站锅炉燃用准东煤后存在的严重结渣、积灰等问题跟煤中高含量的碱金属(Na,K)有关。采用化学方法对准东煤进行处理以制取一定碱金属含量范围的煤样本,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对准东煤的Na,K含量进行定标与预测。结果表明:LIBS技术对Na,K元素的测量具有较高的灵敏度、较低的检测极限和较小的预测误差均方根(RMSEP)。尽管元素含量较低时,LIBS测量数据的相对标准偏差(RSD)较大,但当元素含量达到一定值后,其RSD趋于稳定,通过大量的重复测量可以保证测量的正确性。由于LIBS技术本身有快速同位测量的优点,因此LIBS可以作为在线测量煤中碱金属含量的一种手段。     

准东煤灰沉积与无机元素迁徙特性研究

本文在一维沉降炉实验系统中进行准东煤燃烧实验,在沉降炉底部不同烟气温度处采用沉积取样探针收集灰样,采用低压撞击器(DLPI)与水冷稀释取样探针收集微细颗粒物,并采用扫描电镜(SEM)与X射线能谱仪(EDS)对灰样及细颗粒物进行分析获得准东煤燃烧过程中灰沉积特性与微细颗粒物形成机理,进而得到Na、Ca及S的迁移规律及其在结渣过程中所起作用。结果表明,准东煤中Na、Ca一共分为两类,一部分Na、Ca与硅铝结合形成硅铝酸盐,在燃烧过程中不可气化;剩余含Na、Ca化合物释放到烟气中并与S结合形成气相Na2SO4与CaSO4。随着烟气温度降低,Na、Ca的硫酸盐一部分在灰颗粒表面凝结,一部分形成气溶胶颗粒直接释放到大气中或发生团聚黏附在灰颗粒表面。     

低比重分煤中结渣相关矿物质分布的实验研究

对结渣特性差异大的神华煤和山西贫煤比重分离制取低比重分煤,使用ICP-AES、XRD和穆斯堡尔谱分析低比重分煤及其原煤盐酸分离前后的样品,对比研究低比重分煤及其原煤中结渣相关矿物质,特别是黏土矿物分布。结果表明神华煤低比重分煤中钙主要为有机钙,铁基本以黄铁矿存在,并且该黄铁矿大部分溶于盐酸。煤燃烧时这些含铁、钙物质和黏土矿物的作用产物应该对该煤种的易结渣性具有重要贡献。两种动力煤的低比重分煤中黏土矿物种类和相对分布均与原煤中相同,并且黏土矿物在低比重分煤成灰物质中的份额均高于在原煤中的份额,针对黏土矿物在煤粉燃烧过程中的热反应产物的研究将为理解飞灰中易熔融物质的形成机理提供更深入的认识。     

准东煤沾污结渣特性研究

准东煤易着火、燃尽率高,是优良的动力用煤,但高水分、高碱金属含量特性导致其在锅炉燃用过程中出现严重的沾污结渣。系统采集燃用准东煤比例约为75%的新疆某电厂1#炉各部位灰渣样,采用X射线荧光光谱、X射线衍射仪和环境扫描电子显微镜等微观分析手段对灰渣样进行了系统分析,结果表明:钠在烧结灰块中的沉积多于浮灰,整个烟气流程中,中温对流受热面(500~700℃)上的灰渣中钠含量最高;灰渣的矿物组成包括常见的强沾污性的硫酸钙,同时还含有钠长石、钠铁硫酸盐和钠钙铝硅酸盐。     

准东煤热解过程中钠的迁移规律研究

新疆准东煤中钠含量较高,在热转化利用过程中会造成设备的腐蚀、积灰和结渣等问题。本文通过煤的逐级萃取和热解实验,考察了准东煤热解过程中钠的迁移转化规律。初步实验结果表明准东煤中的钠以水溶钠为主,约占60%~70%。热解过程中钠的形态发生转变,温度低于700℃时钠主要是以有机钠的形式释放,温度升高,原煤和水洗煤中可溶钠向不溶钠转化。     

煤燃烧过程矿物质行为研究

１前言煤中矿物质行为直接影响到煤灰熔融特性,影响到燃烧锅炉的结渣程度。以前曾对单种煤煤灰加热过程中矿物质行为特征［１,２］,以及混煤煤灰熔融行为与矿物形态间的关系［３,４］进行过研究。但这些研究均是以煤灰做为试样,静态加热处理并分析的基础性研究,而未考虑到燃烧锅炉内煤灰颗粒的加热燃烧速度、空间分布情况以及炉内温度分布。本研究将在四角燃烧炉内,煤燃烧过程中不同位置取出友样进行矿物质形态分析,并与煤灰静态加热过程矿物质组成及含量变化进行比较分析。２实验方法试样采用株州煤。制成８００”Ｃ灰样,株州煤的…     

煤灰相变及其机理的研究

煤灰的熔融和结渣特性就是影响燃煤锅炉正常运行的主要原因,煤灰燃烧过程中的相变的研究对分析锅炉低温共熔和结焦有重要意义.本文分别对灰样和加入助熔剂的灰样进行热重分析,结合TG、DTG、DSC曲线在DDSC曲线上判别发生相变的温度段,然后利用X-射线衍射法对其机理进行分析并验证热重实验的结论.XRD法分析结果验证了TG-DSC法的DDSC曲线能够判别煤灰中的相变温度段,证明运用TG-DSC分析煤灰发生相变的温度段是有一定可行性的,而且把TG-DSC和XRD两种方法结合起来研究煤灰相变机理的技术是有效的.     

煤粉燃烧初期碱金属与碳烟相互作用的研究

研究碱金属与碳烟的相互作用对于深入了解煤燃烧初期的细颗粒物生成与演化机制是非常重要的。本文采用Hencken燃烧器与ELPI+分级采样系统,对准东煤和其酸洗煤在不同气氛下30 ms停留时间处所取样的细颗粒物进行测试分析。研究发现准东煤产生的碳烟存在明显的Na元素掺杂,在20%O_2条件下几乎完全氧化并被矿物质颗粒物替代。酸洗之后准东煤碳烟产量增加40%,并且碳烟的氧化速度明显降低,导致在20%O_2条件下碳烟大量存在于细颗粒物中。使用HRTEM研究了掺杂Na的碳烟的微观结构,结果表明在挥发分的二次反应中碱金属与高分子烃存在多种相互作用机制。     

准东高钠煤流化床气化特性及钠的迁移规律研究

基于小型立式炉试验台,对准东高钠煤在850~1050℃下的气化特性进行了研究,并对气化底渣及飞灰的理化特性进行了表征。研究表明:准东高钠煤在气化当量比不变的情况下,随气化反应温度升高,煤气中可燃成分CO、H_2体积百分比增大,煤气热值、碳转化率、冷煤气效率也均增大。气化反应温度为1050℃时,煤气热值为4.27MJ/m~3,碳转化率为89.07%,冷煤气效率为70.01%。SEM结果显示气化底渣、飞灰表面呈沟壑状,未出现明显熔融。XRD结果显示气化飞灰中钠主要以NaCl和NaAlSi_2O6的形态存在,底渣中钠主要以NaAlSi_2O_6的形态存在。气化过程中钠的析出率随温度升高呈先增后减趋势:气化温度由850℃升至1000℃时,钠的析出率由20.49%升高至53.64%;而气化温度由1000℃继续升高至1050℃时,钠的析出率略有下降,由53.64%降至52.22%。     

准东煤灰沉积特性的实验研究

本文在高温沉降炉(DTF)上开展了准东煤及其混煤在20%O_2/80%N_2气氛下的灰沉积实验。可控温灰沉积取样枪从沉降炉底部伸入炉膛进行沉积取样。利用XRF、XRD和SEM-EDS对收集到的总灰和沉积样片进行表征。研究结果表明:混煤总灰中含有较多石英、莫来石等难熔物,较少CaO、CaSO_4等助熔矿物,这有利于灰熔点的升高,从而降低了准东煤沉积倾向。准东煤900℃沉积可以分为内外两层。在内层观察到Na_2SO_4和CaSO_4的富集。内层主要由为1~10μm小颗粒构成,外层主要由20~50μm大颗粒构成。1150℃沉积无分层现象,主要以Ca、Mg、S沉积为主。900℃下准东煤沉积倾向更严重。     

生物质热解和燃烧过程中钾的析出迁移特性研究

生物质在热转化过程中,部分K进入到气相,会造成高温对流受热面积灰结渣和高温腐蚀等严重问题。本文利用固定床实验系统对生物质热解和燃烧过程中碱金属的析出迁移特性展开了研究。实验结果表明:温度升高有助于小麦秸秆中K元素的析出,而氧化性气氛能促进K元素的析出;小麦秸秆和稻壳的热解析出曲线差异较大,燃料种类对K元素的析出起着决定性作用;在所研究的温度范围内,水溶性K的析出占据着主导地位。     

准东煤射流火焰碱金属析出在线测量研究

基于Hencken燃烧器,采用光纤光谱仪,对携带流反应器煤粉射流火焰进行了温度和典型气相碱金属钠(Na)的在线测量研究。根据测量到的火焰辐射强度,使用双色法测温原理计算出测点温度,同时根据气相Na的光谱信号强度,表征Na的相对析出量。结果表明:煤粉射流的火焰温度和Na信号强度沿高度均先升高后下降,且Na析出最高点略高于火焰温度最高点;提高二次风温度和增加给粉速率后测得的Na信号强度均增大;掺烧西黑山煤后原准东煤Na的析出受到抑制。     

煤粉燃烧过程中灰膜形成比例实验研究

煤焦颗粒燃烧过程中,灰膜形成显著影响其燃烧特性。因此,本文借助高温沉降炉研究了61~75,75~90和90~125μm三种粒径黄陵烟煤在1273和1673 K温度下的燃烧特性与灰膜形成比例;借助扫描电镜(SEM)详细观测空心微珠颗粒内部结构,提出灰膜比例计算公式,并分析温度,粒径和碳转化率对灰膜比例的影响。结果表明,高温下大部分灰分在焦炭烧尽阶段以灰膜形式存在。灰膜比例随温度和碳转化率增加而增加,随煤粉粒径增大而减小。高温下灰分用于形成灰膜比例相对较高,这为煤焦燃尽阶段的低反应性提供了合理的解释。煤焦颗粒动态燃烧过程中灰膜形成比例随燃烧工况变化而变化。该研究为煤焦颗粒燃烧动力学模拟灰膜比例选择提供了关键数据支撑。     

生物质废弃物的烟气强化水洗脱碱研究

本文基于CO2溶于水形成碳酸的原理,提出生物质电厂烟气强化水洗法,对生物质中水不溶AAEM(如有机AAEM、CaCO3及CaSO4等)进行有效脱除,从而抑制其燃烧过程的结渣沾污.实验结果表明,烟气强化水洗对生物质中Na、P、S、Cl、K、Ca等无机元素均有很好的脱除效果,且明显优于传统水洗,K和Ca的脱除率分别达到87％和40％.烟气强化水洗明显抑制了生物质燃烧过程中灰的熔融结渣现象,灰的软化温度从原料灰的982℃提高到了1034℃.所以,烟气强化水洗是一种有效的抑制生物质燃烧过程中结渣沾污的方法.而且,此方法也提出了一条生物质电厂烟气资源化利用的新途径.     

灰对煤焦燃烧的动力学研究

基于表观动力学灰膜缩核模型,本文发展并利用耦合的灰膜与灰渗透本征动力学模型,详细研究焦炭颗粒燃烧特性。氧化反应与气化反应耦合能够高精度预测煤焦颗粒燃烧特性。随灰膜形成比例下降,焦炭颗粒燃烧温度升高,碳燃尽时间缩短;当碳转化率低于80%时,碳转化率主要受灰膜影响,灰渗透影响甚微;但当碳转化率大于80%时,灰膜与灰渗透同时起作用。     

高钙煤的成灰特性研究

神木煤的含钙量较高,使得燃烧后煤灰中氧化钙含量也很高.研究高钙煤的成灰特性,以分析在何种工况下燃烧产生的煤灰更适于作为脱硫剂使用.选取1000℃和1100℃两个燃烧温度,各温度下分别通入的4种不同气氛组织燃烧,燃烧完全后对煤灰的物理特性进行研究.研究发现随着燃烧气氛中氧气质量浓度的增加,煤灰颗粒的尺寸逐渐减小,孔隙结构逐渐疏松.当燃烧温度升高时,所得煤灰颗粒的尺寸减小,孔隙结构变得致密.     

添加高岭土对准东煤燃烧PM_1生成影响的研究

准东煤在中国能源利用中具有重要地位,由于特性独特,对准东煤燃烧颗粒物的生成特性和相应控制方法的研究十分必要。本文在沉降炉中研究了1000~1300℃下准东煤高岭土添加对PM_1(空气动力学直径小于1μm的颗粒物)生成的影响。实验结果表明,随着温度的升高,准东煤PM_1的生成量先急剧减少后略微增加,并向小粒径偏移。高岭土的添加对PM_1的作用在不同温度下差异明显,1000℃时高岭土添加大幅降低了PM_1的生成量;1100℃时,PM_1的生成量较原煤有一定的降低;1300℃时反而略微增加了PM_1的生成。     

不同煤种下单颗粒煤粉着火特性研究

煤粉颗粒的着火特性研究对于工业锅炉中煤的高效清洁利用和燃烧器稳定安全的运行具有十分重要的作用。本文基于平面火焰燃烧器,搭建了连续激光辅助高速摄像的光学测量系统,并结合自行开发的颗粒识别与追踪算法、着火时间判定方法、双色测温法等方法,开展了对不同煤种着火方式、着火延迟、着火温度等特性的研究。结果表明:烟煤和褐煤的着火方式为均相着火,且褐煤在脱挥发分过程中存在煤粉颗粒破碎的情况,而无烟煤的着火方式为异相着火;煤等级越低的煤着火延迟时间越短,着火时颗粒温度越低,着火越容易。     

金属催化剂对褐煤热解气体产物析出影响的实验研究

利用固定床反应器研究了褐煤和添加碱金属K、碱土金属ca、和过渡金属Ni和Fe后的煤样热解时气体产物随温度的变化.实验结果表明,在热解的起始阶段,CO2最先析出,随着温度的升高,CO2的浓度逐渐下降.H2的浓度随温度的升高逐渐增大,到1173 K时,H2的体积分数达80%.CH4的浓度随温度的升高先增大后降低,在某一温度值达到最大值,峰值对应的温度与催化剂种类有关.CO的浓度的变化曲线与催化剂的种类密切相关.碱金属、碱土金属和过渡金属催化剂的添加,改变了煤热解时气体产物的析出过程.原煤及其热解后的焦,以及添加不同金属催化剂的煤和其煤焦均具有不规则的粗糙表面和直的管壁状结构两种表面形态,这两种表面形态与煤中含有的惰性组和镜质组两种显微组织有关.