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。     

煤中钠在燃料初期行为的研究

煤中钠是影响增压流化床（PFBC）和整体煤气化（IGCC）发展的一个重要因素。本文对煤中钠分别在800℃和900℃以及富氧和贫氧两种气氛下燃烧初期的释放规律进行了研究。结果表明,煤中钠在燃烧初期变化不大,钠的释放将主要发生在煤燃烧的后期。不同形态钠在燃烧初期的变化规律不同。随燃烧时间的增加水溶钠线性减小,盐酸溶钠线性增加。醋酸铵溶钠在燃烧初期总体表现为增加,不可溶钠则总体减少。研究显示,不同形态钠在燃烧初期存在转化,并主要表现咪水溶钠向盐酸溶钠的转化。温度和气氛对钠释放的影响主要取决于煤种。     

不同预处理方法对准东高碱煤中碱金属含量测定的影响

以四种不同的准东高碱煤及气化飞灰为研究对象,对高碱煤及气化飞灰中碱金属(Na、K)的赋存形态,以及不同预处理方法(低温灰化法、直接消解法、中国国标法、萃取法及氧弹燃烧法)对准东高碱煤及气化飞灰中碱金属(Na、K)含量测定的影响进行了测试分析。结果表明,准东高碱煤中碱金属Na主要以水溶态形式存在,碱金属K主要以水不溶态形式存在;不同的预处理方法对准东高碱煤中碱金属(Na、K)含量的测定结果影响显著,对于准东高碱煤及气化飞灰中碱金属(Na、K)含量测定,建议采用氧弹燃烧法,萃取法也可以相对准确地反映煤中碱金属Na的含量。     

五彩湾煤中钠在热解过程中的形态变迁

采用不同萃取液进行了新疆准东五彩湾高钠煤萃取实验,并利用微波消解仪和电感耦合等离子体原子发射光谱仪,分析了原煤和不同萃取过程下制得的煤样中的钠元素,确定了五彩湾煤中钠的存在形式。在氮气氛围下进行了原煤及不同萃取过程下煤样的热解实验,分析了热解半焦中钠的存在形式并确定煤中不同存在形式钠在热解过程中的演变规律。结果表明,五彩湾煤中钠主要为水溶钠,有机钠主要以羧酸盐形式存在。450~650℃时,实验煤样热解过程中部分水溶钠和盐酸溶钠会转化为醋酸铵溶钠。在热解过程中,实验煤样中水溶钠和醋酸铵溶钠的析出主要集中于650~850℃,1050℃时则有部分盐酸溶钠析出,此时,在实验条件下钠的挥发达到最大值。煤样半焦中的钠主要以不可溶钠形式存在。     

二氧化碳和水气氛对高钠煤转化过程中钠迁移的影响

对新疆的两种高钠煤（伊犁煤YL、呼图壁煤HTB）进行了N₂、CO₂和H₂O气氛和不同温度下钠迁移的研究。采用逐级萃取和湿法消解法确定了原煤、半焦中钠的赋存形态,定量研究了两种煤中钠的挥发及迁移规律。结果表明,YL煤的形态钠中水溶钠占80.08%,HTB煤的形态钠中不溶钠占61.54%。不同气氛下,升高温度都可促进两种煤中钠的挥发,半焦中水溶钠比例减小,醋酸铵可溶钠比例会出现先增加后减少现象,盐酸可溶钠比例呈增加趋势。对于YL煤,CO₂气氛可抑制钠的挥发,H₂O蒸气可促进钠的挥发;900℃时,YL煤CO₂气氛下钠挥发仅为N₂气氛下的50.25%,而H₂O气氛钠挥发为N₂气氛下的111.45%。对于HTB煤,CO₂气氛也可抑制钠的挥发,900℃时CO₂气氛下钠挥发为N₂气氛的80.91%;HTB煤在H₂O蒸气下,800℃之前钠挥发高于N₂,当900℃时,钠挥发略低于N₂气氛。YL煤形态钠中以水溶钠为主,其挥发的同时会向盐酸可溶钠及不溶钠转变。而HTB煤形态钠中以不溶钠为主,其次是水溶钠,CO₂和H₂O气氛能促进不溶钠向其他可溶态钠转变。     

天然铁矿石为载氧体的准东煤化学链燃烧特性

采用煤化学链燃烧方式可望抑制高钠准东煤燃烧结渣问题、提高其利用效率。为此,选择天然铁矿石作为载氧体,在小型流化床反应器内对准东煤燃烧性能及钠的迁移特性进行了研究。结果表明,在850-1 000℃下,准东煤的碳转化率和转化速率明显高于其他煤种;同时,钠以高熔点Na_2O·Al_2O_3·6SiO_2的形式存在于飞灰中,从而达到抑制结渣的目的。在循环10次实验中,随着循环次数的增加,铁矿石反应活性提高而钠在飞灰中的含量减少。     

气流床煤气化细渣结构、性质与其粒度分布关系研究

气化过程中,不同粒度颗粒的受热破裂方式、挥发分脱除行为、焦-熔渣相互作用等具有显著差异,导致所产生的不同尺寸的煤气化细渣具有不同的结构特征和反应特性,通过研究气流床煤气化细渣结构、性质与其粒度分布的关系可为溯源气化炉内细渣形成机制及入炉煤粒度优化提供重要依据。为此,本研究选用宁夏宁东典型GSP煤气化工艺细渣为原料,通过烘干、破碎、筛分处理,获取了粒度分别为<0.125、0.125–0.250、>0.250 mm的三种样品,分别称为小、中、大粒级样品,借助氮气吸附-脱附法、XRD、Raman光谱、TGA等表征分析手段对其理化结构及燃烧活性进行了研究。结果表明,不同粒级气化细渣在组成、结构及反应活性方面有显著差异,三种粒级样品在渣中所占比例分别22%、46%、32%,均含有大量的球状颗粒与不规则颗粒。其中,中粒级气化细渣气化程度最小,残炭含量最高,达19%,石墨化程度最低,仅为30%,比表面积最大,达87.8 m2/g,在不同的升温速率下综合燃烧特性指数最优,大粒级气化细渣以上性质则与其完全相反。显然,气化较充分的煤粉趋向于形成大粒级的气化细渣,气化程度较低的煤粉更易形成中粒级...     

低阶煤程序升温热解过程中钠、硅和硫间的相互作用

对一种澳大利亚低阶煤中，钠、硅和硫在热解过程中的相互作用进行了研究，以便深入了解钠的固硫作用和硫对流化床燃烧和气化中颗粒团聚的影响。制备了水洗、酸洗煤样和酸洗、乙酸钠离子交换煤样，样品在马弗炉中以17．7℃／min升至1000℃进行程序升温热解。对700℃-100℃热解半焦样品的依次水洗、酸洗、SEM—EDX和X射线元素扫描分析表明，部分有机结合的钠形成水溶性Na2O和NaOH化合物，水溶性的硅酸钠，以及与半焦中的硫形成酸不溶组分。最后一点解释了为何以往研究中发现，热解过程中有机结合的钠具有固硫作用，以及固硫历程中为何未发现Na2S的生成。在硅酸钠区域边缘存在的高硫区域，在流化床燃烧和气化过程中将形成含硫黏性相，导致床料的黏结。当用于酸洗、钠离子交换煤样的乙酸钠从0．25mol／L增加到1．0mol／L，固硫率将增加10％。相应的酸不溶钠组分的增加表明，酸不溶钠／硫组分随乙酸钠浓度的增加而增加，从而导致固硫率上升。     

新疆高钠煤中钠的赋存形态及其对燃烧过程的影响

采用不同萃取液对中国新疆高钠煤进行逐级萃取实验,利用离子色谱仪和电感耦合等离子体原子发射光谱仪对萃取制得的滤液和固体煤样进行相应的元素分析,并通过逐级萃取后煤样的着火温度、燃尽温度和综合燃烧特性指数来分析高钠煤中不同存在形式钠对其燃烧特性的影响.结果表明,中国新疆高钠煤中的钠主要以水溶钠为主,有机钠和不可溶钠含量较少.影响高钠煤中水溶钠含量的主要因素有煤颗粒内部孔隙结构和颗粒粒径,且高钠煤中有机钠在各个粒径范围都保持了相对稳定的含量.煤种不同会导致煤中水溶钠与水溶氯的存在形式不同.煤中水溶钠的存在不利于高钠煤的着火温度和燃尽温度的降低与燃烧特性的提高,相反煤中的有机钠却对其具有促进作用.     

循环流化床(CFB)煤/焦气化反应的研究 Ⅰ.操作气速、固体循环速率对循环流化床气化反应的影响

报道了山西西山焦煤飞灰，在小型循环流化床气化反应器上，以二氧化碳为气化介质，在不同操作条件下（气速、固体循环速率）的气化反应。研究结果表明，ＣＯ出口浓度及碳转化率随着ＣＦＢ操作气速减小、固体颗粒循环速率的增加而增加。即在ＣＦＢ床中，提高气体、固体停留时间（床内固体颗粒浓度）有利于ＣＦＢ气化的进行。ＣＯ浓度及碳转化率沿床高的变化趋势与床内颗粒浓度分布一致。     

生物质气化过程中碱金属和碱土金属的析出特性研究

研究了固定床上生物质及热解焦CO2气化过程中碱金属及碱土金属(AAEMs)的析出特性。利用原子吸收光谱仪,考察了不同生物质种类、不同热解制焦温度对AAEMs析出的影响。不同生物质由于其挥发分含量不同引起气化失重率的差异,焦气化活性随制焦温度升高而降低。生物质及焦气化过程中Na析出率最大,其次是K,碱土金属析出率低于碱金属,这与元素在生物质中的存在形式、金属价态有关。低温段K的析出率随热解制焦温度的提高而增加,而Na在热解与气化段总的析出率与制焦温度关系不大。生物质的种类尤其是灰中的Si含量对Ca和Mg的析出影响较大,气化效率高的生物质AAEMs析出较多。热力学计算结果显示,气化过程中Na、K多以氯化物的形式存在并析出,Ca、Mg则更倾向于形成硅酸化合物而不易析出。     

生物质气化发电厂灰渣中微量元素的分布与富集规律

采用电感耦合等离子体发射光谱仪，研究了生物质气化发电厂灰渣中元素As、Al、Br、Ca、Cd、Cl、Cr、Cu、F、Fe、Ga、K、Mg、Mn、Na、Ni、P、Pb、S、Si、Sr、Ti、Zn在气化器底灰、淋洗器灰和旋风分离器灰中的质量分数，并分析了这些元素在不同粒径3种灰渣中的分布规律。结果表明，大部分极易挥发的元素，如卤族元素、碱金属元素主要在淋洗器中存在，表明了它们在飞灰颗粒中的富集。旋风分离器灰在灰渣中所占比例为10%左右，以粗灰为主，灰中Fe、Si、Ni、Pb、Zn、Cr、Cd为多；表明了此灰中重金属元素积累。在气化炉底灰中以K、S、Mn、Cu为主。元素随颗粒物粒径大小和元素性质的不同，呈现不同的富集规律。     

神木煤流化床气化带出细粉的特性

采用灰熔点测定仪、扫描电镜-能谱分析仪和热重分析相结合,研究了神木煤流化床气化带出细粉的灰熔融特性、粒径分布和气化反应活性。结果表明,神木煤流化床气化带出细粉中酸性成分的减少和碱性成分铁、钙等的增加,使神木煤流化床气化带出细粉的灰熔点比原煤低。神木煤流化床气化带出细粉具有较宽的粒径组成,呈现出明显的多峰状分布,带出细粉表面的元素分布存在很大的差异。随着带出细粉粒径的减小,细粉中的水分逐渐减少,灰分含量逐渐增大。气化飞灰的孔隙结构比高温煤焦更发达,具有比较丰富的中孔和大孔,导致带出细粉的反应活性比神木煤焦高。     

福建无烟粉煤纸浆黑液富氧流化床催化气化研究

在实验室小型流化床反应器中研究了福建龙岩无烟粉煤纸浆黑液富氧催化气化的特性，考察了纸浆黑液催化剂添加量不同时氧体积分数变化对碳转化率、产气率、煤气组成与热值的影响。结果表明，纸浆黑液催化和富氧气体燃烧的双重作用明显地提高了煤的碳转化率和煤气有效组成；纸浆黑液中钠碱对煤焦气化的催化与对煤灰分中SiO2和Al2O3等氧化物的熔制反应同时发生并存在着竞争；纸浆黑液中钠碱对高温碳与气化剂之间多种反应表现出不同程度的促进。龙岩无烟粉煤在纸浆黑液富氧催化气化时适宜操作条件是氧的体积分数40％和蒸汽/富氧比为1.4kg/m3～2.0kg/m3。碳转化率94％、煤产气率为3.62m3/kg、煤气热值为7.33mJ/m3。     

生物质流化床氧气-水蒸气气化实验研究

在小型流化床气化装置上进行了氧气-水蒸气气化实验,考察了原料、当量比、水蒸气配比、温度、二次风和床料对气化特性的影响。结果表明,原料中C和H含量越高,气化气中H₂和CO含量越高,焦油含量越低;当量比为0.27和水蒸气配比为0.6时,H₂含量达到最大值;温度的升高可提高H₂含量,在840 ℃以上,可提高CO含量;二次风从进料口偏上且二次风比率为15%通入,气体组分变化较明显,二次风通入点位置越高,焦油含量降低幅度越大;白云石和石灰石裂解焦油和提高H₂含量的活性高于橄榄石,但同时明显提高了气体中的灰分含量。     

循环流化床(CFB)煤/焦气化反应的研究Ⅱ.温度、氧含量及煤种对CFB气化反应的影响

报道了两种煤／焦（西山焦煤飞灰、神木煤），在小型循环流化床（ＣＦＢ）气化反应装置上，以二氧化碳及氧气混合物为气化介质，在不同条件（９００～９７０°Ｃ，０～３０％氧含量）下的气化反应的研究。结果表明，提高气化温度，气化反应速度提高，尾气中可燃气体浓度（ＣＯ，Ｈ２，ＣＨ４）、碳转化率及气化效率明显提高。气化介质中的氧含量增加，ＣＯ浓度、碳转化率及气化强度明显增加。反应性高、挥发分多的煤种更适合在ＣＦＢ气化反应装置上进行气化反应。     

高灰煤小型流化床混合气催化气化研究

在内径28mm流化床中，对阳泉高灰煤在碱性催化剂（固碱和黏胶废碱液）作用下进行了混合气（空气/水蒸气）催化气化研究，两种碱性催化剂的适宜添加量均为6％。不加催化剂，气化温度830℃~900℃与900℃～920℃下，气化反应的表观反应级数n分别约为2/3与1/3；有催化剂（3％固碱）时，表观反应级数有两个明显的温度段，在830℃~860℃，催化气化的表观反应级数n=1；在860℃~920℃，催化气化的表观反应级数为n=1/3。     

灰熔聚流化床气化炉分布分离结构的模拟研究

通过CFD双欧拉模型模拟了灰熔聚流化床气化炉内气体、固体颗粒于不同气体分布器、灰分离器结构下的流动行为，阐明了不同中心射流气速下的气体、固体流动循环状况；环管内气流分布与扩管张角的关系以及对颗粒运动的影响。研究结果为认识和改善气化炉煤灰的结渣、团聚、分离等过程提供了一定的理论基础。