灰中焦对煤灰熔融特性的影响

采用连有电脑－摄像头的煤灰熔融特性测定装置，在Ar气氛下研究了灰中焦对煤灰熔融特性的影响。结果表明，灰中焦对灰熔融特征温度和灰熔融动态特征具有显著影响，影响程度与煤种以及煤焦的质量分数有关。掺焦的灰熔融温度高于不掺焦的熔融温度；掺焦量增加，其灰熔融温度升高。当掺焦量提高至20%时，在接近或高于煤灰熔融温度时由于焦与焦之间通过熔融煤灰的黏结作用形成了不熔骨架，使灰锥高度不再随温度的提高而发生变化，这也是灰锥很难出现或者根本不出现软化温度和流动温度的原因。     

混煤煤灰在加热过程中矿物质行为研究

选用三种不同成分的高温灰，按不同比例进行混合，测定其熔融特性温度，并利用Ｘ－射线衍射分析法对混合灰样加热过程中矿物质行为进行了研究。结果表明，混煤煤灰熔融特性温度与混合比不成线性规律变化。高温作用下混合灰样的矿物质组成与ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２三元系统相图中对应组分点处的矿物质组成基本一致，混煤煤灰熔融特性温度偏低，矿物质间存在低温共熔作用。     

基于燃烧实验的卫燃带结渣特性分析

将两种结渣倾向对比明显的煤粉送入均匀布置有三种卫燃带耐火材料板的煤粉炉内进行燃烧,待燃烧完成后观察不同煤种在不同卫燃带耐火材料板表面的结渣特性,并对卫燃带耐火材料板横断面进行能谱分析,得出不同条件下煤灰对卫燃带耐火材料板的侵蚀程度。实验结果表明,随炉内温度的升高,卫燃带耐火材料板表面的结渣程度以及煤灰对卫燃带耐火材料板的渗透、侵蚀程度均随之增大,特别是当炉温高于煤灰熔融温度时,卫燃带耐火材料板表面结渣程度将急剧增大;锅炉实际运行中,若可保证卫燃带表面温度在锅炉最高负荷时不超过所燃煤种的煤灰熔融温度,便可有效减少卫燃带表面结渣的可能性;碳化硅质卫燃带相对于刚玉质卫燃带具有优越的抗结渣性能。     

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。     

Mg2+和Na+对高熔点煤灰熔融性的影响

以山西阳泉固庄高熔点煤灰为研究对象,通过向煤灰中添加不同量的MgO与Na₂CO₃,研究了Mg²⁺与Na⁺在高温下对煤灰熔融性的影响。研究结果表明,煤灰熔融温度随氧化镁的添加(5%~25%)单调下降;而随氧化钠添加(5%~25%)出现先降后升现象,在氧化钠添加量为15% 时,灰熔点达到最低。XRD分析表明,阳泉固庄煤灰熔融温度高(大于1 750℃)的原因是高温条件下耐熔矿物莫来石、方英石的存在。添加外加剂后,高温时外加剂与硅酸盐矿物反应,生成了更多的低共熔矿物霞石、堇青石等。同时,Mg²⁺和Na⁺的加入会使得非桥氧数量增多,高温煤灰低聚物增多,降低了煤灰的熔融温度。通过三元相图以及SEM分析,高温条件下煤灰中部分元素的富集以及团聚现象是导致Mg²⁺和Na⁺对煤灰熔融温度影响不同的原因。     

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。     

熔融灰渣侵蚀耐火材料的界面特性研究

研究了碱酸比不同的3种熔融煤灰(A、J1和J2)在莫来石和刚玉两种耐火材料上的界面特性。结果表明,A对莫来石和刚玉都有很好的润湿性,而J1和J2对这两种耐火材料则经历由不完全润湿到润湿的过程。熔渣与耐火材料(S-R)界面宽度随着接触角减小而增大。从灰渣开始熔融至1 520 ℃,熔融煤灰J1在耐火材料表面上的接触角随着倾角的增加而减小;当倾角为20°时,其接触角突然增大。SEM-EDS分析表明,由于界面反应,A比J1更容易渗透进入耐火材料内部。对于碱酸比不同的煤灰,渗透和酸碱反应是熔渣对耐火材料腐蚀的关键。     

低温共熔物对煤灰熔融温度影响的研究

以中国中西部地区59个典型煤样为研究对象,研究了熔融温度与煤灰中常见低温共熔物和除低温共熔物以外的化学组分的关系,分析了软化温度高于等于1 500℃时煤灰的化学组成。提出将低温共熔物等引入回归分析中,合理对煤灰化学组分进行分组,拟合得到了预测煤灰熔融温度的计算式,计算式兼顾了矿物组成和化学组成对熔融温度的影响,对108种煤样进行预测,90%预测值误差小于5%,在1 300-1 400℃,预测值误差小于2.4%。同时,提出了判断煤灰软化温度不低于1 500℃的充分必要条件:0.9≤Si O2/A12O3≤1.8且Si O2+A12O3≥78%,167种煤样中154种煤样可以用该判据进行准确判断,准确性为92.2%。     

O2/CO2燃烧气氛对混煤灰中矿物质间反应影响研究

对蒙煤与平七煤两种单煤及其按照不同比例组成的混煤,分别在O₂/CO₂和O₂/N₂气氛下,采用管式炉燃烧制取灰样;对灰样进行灰熔点、XRD及同步热分析（TG/DSC）测试,并进行相关热力学计算,分析了O₂/CO₂燃烧方式对混煤灰中矿物质间反应的影响。结果表明,常规灰熔点测试方法测得的两种气氛下的混煤灰熔点没有明显差别。O₂/CO₂气氛促进了煤灰/混煤灰中钙的碳酸化,且明显抑制了高温下CaCO₃的分解。气氛的改变影响了含钙矿物的转化,进而影响了混煤中钙与莫来石反应生成低温共熔物;O₂/CO₂气氛下钙更易于与莫来石发生反应生成低温共熔物,从而会增加结渣倾向。当混煤中蒙煤比例达到或大于75%时,随着蒙煤比例的逐渐增加,莫来石含量减少,O₂/CO₂气氛对钙与莫来石之间的反应影响减弱,但对含铁矿物的影响更加明显,使其更易于生成含铁玻璃体,从而也会增加结渣倾向。     

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。     

煤催化气化工艺中碱金属腐蚀刚玉质耐火材料的实验研究

针对煤催化气化反应器设计中遇到的材料问题,采用碳酸钾及催化气化工况富含碱金属气化灰渣为实验原料,进行了碱金属腐蚀刚玉质耐火材料的实验研究。着重考察了有氧空气气氛和无氧还原性气氛、反应温度、反应时间、碱金属存在形态对腐蚀行为的影响,并结合SEM-EDX、XRD、核磁Al谱等表征手段,研究了反应前后碱金属和刚玉质耐火材料的成分、物相及结构变化。结果表明,碱金属对耐火材料腐蚀行为受反应的温度、气氛、时间及碱金属存在形态等因素影响较大。分析表明,有氧空气气氛下腐蚀尤为严重的原因是,原料中存在的钾与刚玉耐火材料发生化学反应生成新的钾的铝酸盐物相,且其含量随温度升高、反应时间延长而增加。     

配煤灰渣中矿物质在高温中转变的定量分析及其对结渣的影响

利用沉降炉系统对榆林和平朔的配煤进行结渣特性实验,测定不同实验温度下煤的结渣指数,并利用X射线衍射分析(XRD)对灰渣中矿物质组成进行了定量分析。结果表明,灰渣中主要存在四种结晶矿物质分别为氧化铁、钙长石、莫来石、氧化硅,以及无定形的玻璃体。其中,灰中氧化铁含量和灰渣中钙长石、莫来石含量对燃煤的结渣倾向性起显著性影响;灰中氧化铁和灰渣中钙长石含量越高、灰渣中的莫来石含量越低,煤燃烧的结渣倾向性越大。通过配煤可以降低煤灰中的氧化铁含量,并降低灰渣中的钙长石生成量和提高灰渣中的莫来石生成量,从而显著降低神木类煤的结渣倾向性。     

白云石添加剂对稻秆灰熔融特性及固钾能力的影响

在管式炉中研究了稻草秸秆的结渣特性与白云石作为添加剂对稻秆燃烧结渣的影响及其机理。采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和X射线衍射(XRD)表征了稻秆灰分与白云石之间的相互作用。结果表明,当白云石添加质量分数为5%时,对稻秆的结渣特性具有明显的改善。白云石具有较好的固钾能力,在900和1000℃下尤为明显。白云石中富含的Mg和Ca元素能够与稻秆灰分中的SiO_2反应形成高熔点的硅酸盐矿物,包括透辉石、钙镁橄榄石和镁硅钙石。     

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。     

高岭土对准东煤结渣特性及矿物质演变的影响

采用热分析和X射线衍射物相分析相结合的方法,对添加高岭土前后的准东煤灰矿物质组分随温度的演变规律进行了研究,分析了高岭土对准东煤结渣特性的影响。结果表明,准东煤中原始矿物质以方解石、硬石膏、石英为主,高温下主要是镁硅钙石和硅酸二钙;掺混高岭土后准东煤灰熔融温度呈现先下降后上升趋势。掺混比例为3%时,准东煤灰以钙黄长石、铁橄榄石、镁硅钙石为主,三者易形成低温共融物,导致此比例下灰熔融温度大幅降低;添加比例超过6%后,灰中矿物质由易形成低温共融的钙黄长石向高熔点的钙长石转变,ST温度快速上升至1 380 ℃;结渣指标计算结果表明,高岭土在原煤中掺混比例达到6%时,能够有效缓解准东煤结渣。     

基于激光诱导击穿光谱(LIBS)的煤灰熔点快速检测

炉内结渣是影响火电机组和气化工艺可靠运行的关键因素之一，准确预测灰熔点可以提前调整炉膛出口温度以避免结渣。本论文采用激光诱导击穿光谱（LIBS）采集煤灰样中金属元素的光谱，分别建立煤灰中的金属元素的谱线强度与煤灰熔点的随机森林模型、支持向量机回归模型和线性回归模型，直接预测煤灰熔点温度。采用基于马氏距离(MD)的异常数据剔除算法和基于稀疏矩阵的基线估计与降噪算法（BEADS），对粉煤灰样的全光谱数据进行了预处理。随机森林模型对粉煤灰熔点的预测平均相对误差（MRE）为54.74%，支持向量机回归模型的预测平均相对误差为60.08%，而线性回归模型的预测平均相对误差达到了9.78%。研究结果表明，线性回归模型对煤灰熔点的预测结果更准确。     

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。     

Formation mechanism of Sialon in alumina-ferro-silicon-nitride composite under nitrogen atmosphere at high temperatures

Sialon bonded Al₂O₃ composites were successfully synthesized using ferro-silicon nitride and different alumina sources at 1500 °C and 1600 °C under N₂ atmosphere. Fused corundum, sintered alumina and the mixture of both were used as different alumina sources to evaluate their effects on the formation of Sialon phases. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), Scanning electron microscope (SEM) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDAS). The results show that the Sialons (β-Sialon (Si₂Al₄O₄N₄) and 15R-Sialon (SiAl₄O₂N₄)) contents are dependent on the sintering temperature and alumina sources. Formation mechanism of Sialon in samples prepared with different alumina sources is different. Sintered alumina can react with Si₃N₄ directly to form Sialon. In sample prepared with fused corundum, AlON is formed first and then it reacts with Si to form Sialon. Sintered alumina exhibits better reactivity than fused corundum. Sialon is more stable than AlON under N₂ atmosphere at high temperature with the existence of carbon.