水煤浆燃烧炉内固体残留物的微观分析

以不同特性煤浆的炉内燃烧固体残留物为研究对象，对取自炉内不同部位及沉积于硅碳棒和灰污探针上的典型燃烧灰的化学成分、矿物组成、元素分布及微观结构等进行分析研究。结果表明，水煤浆灰样中含Al、Fe、Ca的化合物和矿物的质量分数高于黑液浆，Na、K、S、Cl的情况与此相反。Fe的富集是造成水煤浆沾污结渣的根本原因。Na和Fe是引起黑液浆沾污结渣的主要矿物元素，Na的作用比Fe更大。黑液浆灰样中含有大量的霞石和硫酸钠等低熔融温度富钠化合物，Na是引起沾污结渣的根源。微观分析结果与实际燃烧状况是一致的，黑液浆结渣特性强于水煤浆，并且二者的灰沉积机理是不同的。     

黑液水煤浆主要矿物元素在炉内的迁移和沉积行为研究

为了研究黑液水煤浆的灰沉积机理，采用沿烟气行程从实验炉不同部位抽取空间灰粒和提取相应位置炉壁灰渣样相结合的方法，并与常规水煤浆相对比，研究了各主要矿物元素（Na、K、Si、Al、Fe、Ca）在烟气流中的迁移趋势和沉积特性。并且通过X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等分析从微观角度进行了验证。结果表明，与常规水煤浆不同的是，Na、Si、Al的迁移和沉积是引起黑液水煤浆沾污结渣的主要矿物元素，灰沉积物中主要包括无水芒硝、霞石等低熔融温度富Na物相，而Fe的沉积是次要因素。     

神府烟煤以及贵阳贫煤分别与木屑掺烧灰沉积特性研究

利用CCD相机和沉积探针组成的在线监测系统,在50 k W下行炉上研究了木屑与神府烟煤以及贵阳贫煤的掺烧灰沉积特性。灰渣沉积过程可分为三个阶段:缓慢增长阶段、快速增长阶段和稳定阶段。烟煤掺烧灰沉积厚度随着木屑掺烧比例的增加而增加,贫煤掺烧灰沉积厚度则随着木屑掺烧比例增加而减小。烟煤中掺烧木屑比例为0、6. 7%、15%和22%时,渣层稳定厚度分别为1. 37、3. 85、11. 50、20. 56 mm,稳定相对热流密度分别为0. 44、0. 41、0. 30、0. 26。贫煤掺烧木屑比例为6. 7%、15%和22%时,稳定厚度分别为18. 65、10. 97和9. 78 mm,稳定相对热流密度分别为0. 29、0. 31、0. 33。掺烧木屑之后,灰渣初始层中Ca、K元素显著增加。在相同温度下,随着木屑掺烧比例的增加,灰中熔融相比例增加,因为木屑灰分中含有较多的Na2O、K2O等碱金属氧化物,而Al2O3、SiO2等含量较少,降低了灰的熔融温度。     

神府烟煤以及贵阳贫煤分别与木屑掺烧灰沉积特性研究

利用CCD相机和沉积探针组成的在线监测系统，在50 kW下行炉上研究了木屑与神府烟煤以及贵阳贫煤的掺烧灰沉积特性。灰渣沉积过程可分为三个阶段：缓慢增长阶段、快速增长阶段和稳定阶段。烟煤掺烧灰沉积厚度随着木屑掺烧比例的增加而增加，贫煤掺烧灰沉积厚度则随着木屑掺烧比例增加而减小。烟煤中掺烧木屑比例为0、6.7%、15%和22%时，渣层稳定厚度分别为1.37、3.85、11.50、20.56 mm，稳定相对热流密度分别为0.44、0.41、0.30、0.26。贫煤掺烧木屑比例为6.7%、15%和22%时，稳定厚度分别为18.65、10.97和9.78 mm，稳定相对热流密度分别为0.29、0.31、0.33。掺烧木屑之后，灰渣初始层中Ca、K元素显著增加。在相同温度下，随着木屑掺烧比例的增加，灰中熔融相比例增加，因为木屑灰分中含有较多的Na₂O、K₂O等碱金属氧化物，而Al₂O₃、SiO₂等含量较少，降低了灰的熔融温度。     

原煤和黑液水煤浆燃烧特性的热分析对比研究

在热天平上进行黑液水煤浆和原煤的燃烧、热解实验，得到不同升温速率下的燃烧、热解特性曲线和碳转化率特征曲线。试验结果表明，黑液水煤浆中的钠及其化合物在燃烧过程中催化作用明显，并且黑液中有机物成分对燃烧起到一定促进作用。在20 ℃/min升温速率下黑液水煤浆和原煤的燃烧活化能分别为12.98 kJ/mol和106.59 kJ/mol，反映出黑液水煤浆比原煤有更好的着火特性。     

黑液水煤浆炉壁灰沉积物熔融温度分布特性

为了解沉积于炉壁不同部位灰渣熔融温度的变化及分布特性,在实验炉内进行了两个工况的对比燃烧实验,通过对沿烟气行程灰沉积物熔融温度及化学成分和矿物相的分析,结果发现,距燃烧器出口155mm处炉壁灰渣的熔融温度最低,距燃烧器出口1000 mm~1150 mm炉壁灰渣熔融温度最高;灰沉积物熔融温度沿烟气行程呈先升高后降低的分布特点。这种分布特性与矿物元素的迁移、沉积是直接相关的,同时与燃烧负荷也有一定的关系。     

工业高碳富钙型灰对准东混煤结渣特性的影响

结合灰熔融测定、固定床和一维沉降炉实验,详细研究两种工业高碳富钙型灰(除尘灰和烘干灰)分别作为添加剂对高、低钠混煤结渣特性的影响。结果表明,原混煤在取样温度1000℃时已存在大量无定型硅,升高温度这些组分极易诱发低温共融反应。添入5%除尘灰后混煤煤灰的软化温度提高幅度高达100℃,能使混煤煤灰中CaO/SiO_2质量比达到2.5,促使新相硅酸二钙和钙铝榴石生成,能够有效改善混煤的高温结渣倾向。沉降炉实验工况下探针收集灰样中主要物相均为钙铝黄长石,掺入两种添加剂后均可促使含硅物相演变为结晶矿物相,抑制非晶相含硅组分诱发的低温熔融,但添入5%烘干灰后探针表面结渣倾向改善的效果不显著。     

高纯碳研究：Ⅰ.含氟酸对煤和石墨的脱灰效果

以含氟酸为脱灰剂对煤和石墨提纯以制取高纯碳。考察了脱灰过程中酸浓度、脱灰温度和时间对脱灰效果的影响,提出了含氟酸脱灰制取高纯碳的最佳工艺路线。结果表明,含氟酸是良好的煤和石墨的脱灰剂,能有效地脱除煤和石墨中的各种矿物质组分。其中,HF酸对Si,Al,Fe组分有显著的脱除效果,H_2SiF_6酸对除Si以外的其它组分均有显著的脱除效果,特别是对Ca,Mg组分的脱除效果尤为突出。本文还通过对脱灰产品中矿物组分的组成分析,初步讨论了含氟酸脱灰过程机理。     

煤热解过程中含氮产物的析出及金属离子的催化特性研究

选择3种典型煤种为研究对象,通过脱灰和添加含Fe、Ca、Na等金属盐,研究煤热解过程中金属离子对含氮气相产物析出特性的影响以及与煤种和温度的交互关联。结果表明,脱灰煤HCN和NH3的产率均比原煤样下降,而随温度的升高HCN的产率逐渐增大,NH3的产率则先增加后减小,在800℃有最大值。金属离子对不同变质程度煤的含氮气相产物析出的催化作用不同;Fe和Na抑制中等变质程度煤HCN的析出,而对低变质程度煤起促进作用,Ca则对HCN的析出均有一定的促进作用。而对于NH3的形成,3种离子均对中等变质程度煤有抑制作用,而对低变质程度的煤则有促进作用。不同金属离子对HCN和NH3析出的催化作用均有一定的范围。煤热解时含氮气相产物的析出是煤中固有多种金属离子共同作用的结果。     

准东煤燃烧碱金属析出气、固相分布特性

采用萃取法测量了准东煤中不同赋存形式碱金属(Na、K)的含量,Na以水溶性为主,占59%,K主要以不可溶的硅铝酸盐存在,占总量的53%。进行准东煤燃烧实验,燃烧温度为400-950℃,研究了高碱准东煤燃烧过程中碱金属在气、固两相中的分布。结果表明,随温度升高,煤粉成灰率降低,Na从煤中不断析出进入气相;而K在400℃时,气相中的含量低于固相,温度高于500℃,气相中的含量超过固相并基本保持不变;碱金属在固相中出现富集现象,灰中碱金属的质量分数随温度升高;气相中的Na主要来源于水溶性,析出的K除了可溶性外,还有部分来自不可溶的硅铝酸盐;根据国标灰的XRD分析,煤中碱金属在燃烧过程中会与SiO_2和Al_2O_3反应生成钠长石和霞石等低熔点化合物。     

煤灰矿物质在炉内的迁徙分布规律及其对沾污结渣的影响

在0.25 MW试验炉上进行热态试验，对新汶矿务局黑液水煤浆和常规水煤浆进行对比燃烧试验，从炉膛不同部位的灰渣成分分析炉内的结渣机理。研究了煤中钠、钾、钙、铝、硅、铁等矿物质元素沿烟气行程的分布，着重研究了不同成分对结渣的形成及分布的影响。结果表明，沿火焰行程，煤中各矿物质的分布是不一样的，其中碱金属质量分数炉壁渣比空间颗粒明显减小，呈先减小后增大趋势，炉壁渣的铝质量分数明显超过空间颗粒物，呈先增大后减小趋势，硅则和铝恰恰相反，使得硅铝比先增大后减小，其它各元素的附着机理也有各自的规律，其矿物质元素分布与煤灰熔融性基本一致。     

煤的岩相显微组分对水煤浆性质的影响

通过对不同变质程度煤的岩相显微组分分析，考察了煤的岩相显微组分对水煤浆性质的影响。结果表明，在相近的灰分含量下，对于烟煤较高的镜质组、较低的丝质组含量有利于煤的成浆性和稳定性。从多元线性回归结果来看，镜质组和丝质组的含量对煤浆成浆性和流变性的影响较为明显，稳定组分的含量对水煤浆性质的影响较小。丝质组含量对稳定性作用明显，当煤中丝质组含量低于30%时，煤浆产生软沉淀的时间一般都在15d以上。煤的平均最大镜质组反射率与煤的成浆性具有较好的相关性，成浆性随煤的最大镜质组反射率增加而增加，因此可以用最大镜质组反射率来预测煤的成浆性。     

不同反应气氛下准东高钠煤中钠的迁移转化与积灰特性

为了获得循环流化床工艺下不同反应气氛对准东高钠煤中钠的迁移转化与积灰特性的影响,在0.4t/d循环流化床实验装置上开展了相同床温(950℃)下的新疆沙尔湖高钠煤的气化(还原性气氛)与燃烧(氧化性气氛)实验研究。结果表明,气化和燃烧气氛下飞灰与积灰中Na主要以NaCl的形式存在;气化比燃烧更容易将Na、Cl固留在底渣和飞灰中,相应的进入气相中的Na、Cl更少;燃烧气氛下,部分NaCl会被烟气中的SO_2硫化,生成稳定性更高的Na_2SO_4并冷凝在飞灰和积灰棒表面,燃烧过程中产生的飞灰粒径更细,积灰更严重;沙尔湖煤燃烧与气化过程中存在HCl对金属壁面的腐蚀。     

污泥干燥预处理后与神府煤共成浆性的研究

以萘系阴离子表面活性剂为分散剂,考查了污泥干燥条件和粒径对神府煤成浆性的影响。结果表明,将污泥干燥后再制浆,明显提高了污泥煤浆的成浆浓度;升高干燥温度,有利于提高污泥煤浆的成浆浓度。干燥温度对污泥的可磨性影响较大。干燥温度越高,干燥污泥可磨性越好,球磨的污泥平均粒径越小,制得的污泥煤浆表观黏度越低;温度高于105℃,污泥的可磨性无明显差别,污泥煤浆的表观黏度亦无明显变化。污泥粒径越小,颗粒越细,一定程度上提高了煤粉的堆积效率,使污泥煤浆的表观黏度降低。     

新疆褐煤疏水改性提高其成浆性能

针对新疆褐煤具有较高内水的问题,制备了阴离子AKD改性剂和非离子AKD改性剂,对褐煤颗粒进行疏水改性。研究了改性前后煤粒表面化学成分、孔隙分布、亲疏水性和Zeta电位等煤粒表面特性,并结合NSF分散剂在改性前后煤粒表面吸附量大小,探讨了改性前后褐煤水煤浆的成浆性、流变性和稳定性。结果表明,改性后煤粒孔隙结构降低,煤粒表面碳的相对含量增加,氧的相对含量降低,煤水界面接触角增加,煤粒疏水性能增强。NSF分散剂在改性煤表面吸附量增加,煤粒表面负电性增强。由阴离子AKD改性煤、非离子AKD改性煤制备的水煤浆最大成浆质量分数从原煤56.6%分别增加至61.0%、62.5%,浆体析水率从原煤13.97%分别降低至7.45%、7.89%,同时改性后煤粒制备的浆体均表现出剪切变稀的假塑性流体。因此,改性煤粒更容易制备高浓度、低黏度、高稳定性且易于储存和运输的水煤浆。