SO_2和H_2O(g)对新疆高钠煤中钠挥发和形态迁移的研究

在水平管式炉上进行了400-1 100℃新疆高钠煤恒温燃烧实验,并利用逐级提取的方法分析煤及煤灰中钠的赋存形态,研究煤中钠的释放和形态迁移特性。重点考察700和1100℃下H_2O(g)和SO_2(g)单因素及双因素对煤中无机钠挥发和形态迁移的影响。结果表明,随着温度的升高,煤中钠的释放比例逐渐增大,其中,有机态钠最先析出,其次是水溶态无机钠,硅铝酸盐形式的无机钠则由于高热稳定性不易分解或挥发。低温下(700℃)H_2O(g)的存在降低了钠的挥发,而较高温度下(1 100℃)焦炭与水蒸气反应生成的局部还原性气氛促进煤中钠的挥发,但当入口气氛中H_2O(g)浓度高于20%时,促进作用减小。SO_2的存在抑制了煤中钠的挥发,随着燃烧温度升高,SO_2对钠的抑制作用减弱。H_2O和SO_2双因素作用下,低温下(700℃)抑制了煤中钠的挥发,而较高温度下(1 100℃)钠的挥发特性取决于两者在入口气氛中的浓度。对于选取的高钠煤,20%H2O和2.0×10-3SO_2入口气氛下,1 100℃煤燃烧钠的挥发比例由86%提高到了87.1%。     

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。     

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。     

准东煤流化床气化飞灰的理化特性研究

采用灰熔点测定仪、X射线荧光光谱仪、扫描电镜和热重分析仪等方法,研究了准东煤流化床气化飞灰的灰熔融特性、物理结构和化学组成及气化反应活性。结果表明,准东煤与其流化床气化飞灰中Si O2、Fe2O3、Na2O和Ca O等矿物质含量存在显著的差异,但飞灰的灰熔点与原煤无明显差异。准东煤气化飞灰具有较宽的粒径范围,呈现双峰分布特征,且不同粒径区间飞灰的元素含量存在显著差异。提高气化温度,有利于提高飞灰的气化反应活性。准东煤流化床气化飞灰石墨化程度比煤焦要高,但其孔隙结构更为发达,含有丰富的中孔和中大孔,使得飞灰的气化反应活性高于煤焦。可通过提高气化温度、循环再气化的方法提高气化效率。     

硫酸铵添加剂对生物质富氧混烧过程中氯与氮协同转化特性的影响

在50 kW循环流化床燃烧实验台进行了O_2/CO_2气氛下硫酸铵添加剂对生物质和半焦混烧过程中K/S/Cl迁移和N_2O/NO排放影响实验研究。结果表明,硫酸铵添加剂从提升管喷入后能够明显降低积灰中Cl含量,同时显著降低烟气中NO浓度。此外,硫酸铵添加剂还能够增强碱金属K向底渣和循环灰迁移转化,从而降低积灰中碱金属K含量。实验表明,硫酸铵添加剂的最佳喷入位置在提升管中上部。     

准东高碱煤气化过程中碱金属迁移与结渣特性实验研究

利用循环流化床对天池木垒高碱煤进行了气化实验研究,获得了天池木垒高碱煤在循环流化床上的结渣特性及碱金属迁移规律,并对实验中出现的床内颗粒聚团现象进行了分析。结果表明,不同存在形态的碱金属在煤气化过程中的迁移规律不同,水溶钠和醋酸铵溶钠在煤气化过程中以气态形式析出,不溶钠主要存在半焦中;随着气化温度升高,底渣和煤气中钠含量增加,飞灰中钠含量减少;尾部管道温度降低过程中,煤气中钠的冷凝速率明显高于钾;天池木垒高碱煤气化过程中容易引起床内颗粒聚团,床温越高,颗粒聚团现象越明显,床温波动越大;碱金属与灰分中矿物成分及床料中SiO₂反应生成黏性低温共熔物是导致颗粒聚团的关键。     

贫煤O_2/CO_2气氛下燃烧时内在矿物质对SO_2和NO_x排放特性的影响

利用管式炉反应器在550-1 000℃对长治贫煤和脱矿物质煤分别在空气和O_2/CO_2气氛进行了燃烧实验。利用XRF、XRD等分析手段,对煤样的基本性能进行了分析表征,并采用热分析仪(TG-DTG)以及傅里叶红外气体分析仪(AntarisIGS)对贫煤燃烧过程中的燃烧特性和SO_2和NO_x释放规律进行了研究。结果表明,与原煤相比,脱矿物质煤的着火温度和燃烬温度有所降低;O_2/CO_2气氛下,原煤和脱矿物质煤的着火温度和燃烬温度都升高,说明当O_2浓度为20%时,空气气氛比O_2/CO_2气氛更易于着火和燃烬。此外,与长治原煤相比,脱矿物质煤在相同条件下燃烧时SO_2的释放量明显提高,而NO_x的释放量却有所降低。O_2/CO_2气氛下原煤燃烧时SO_2浓度比空气气氛下的要高,而脱矿物质煤燃烧时释放的SO_2浓度明显比空气气氛下的低;O_2/CO_2气氛下原煤和脱矿物质煤燃烧时释放的NOx浓度比空气气氛下燃烧时释放的NO_x浓度要低。     

外加NaCl 和NaAc褐煤在气化过程中钠的形态变迁规律研究

以水蒸气作为气化剂,在固定床上考察了脱碱金属煤外加NaCl 和NaAc 900 ℃快速热解煤焦在900 ℃和950 ℃下常压气化过程中钠的形态变迁以及挥发析出规律。研究结果表明,外加NaCl的浓度较低时气化后一部分水溶态和酸不溶态的Na向水不溶但酸溶态Na变迁,当外加NaCl的浓度较高时,所有的Na在气化中挥发。外加NaAc的煤焦中的Na在气化过程中大部分挥发到气相,且气化温度和添加的浓度对Na的挥发行为变化影响均较小。     

循环流化床(CFB)煤/焦气化反应的研究Ⅲ.同鼓泡流化床(BFB)气化反应的对比

为了更进一步了解ＣＦＢ气化能力和碳利用率，本文报道了两种煤焦（西山焦煤飞灰，神木煤）以二氧化碳及氧气混合物为气化介质，在小型鼓泡流化床上进行气化反应的研究，并与相同气化条件下的循环流化床气化数据进行了比较。研究结果表明：在相同直径气化反应装置上，相同的气化条件下，循环流化床（ＣＦＢ）的气化碳转化率、气化强度远远高于鼓泡流化床（ＢＦＢ）的气化结果，但ＢＦＢ的煤气中可燃气组成高于ＣＦＢ的。ＣＦＢ气化反应装置更适合于生产中、低热值煤气。     

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。     

采用生命周期影响评价软件ReCiPe2016研究煤矸石和煤燃烧时As和Pb排放的环境效应

在煤和煤矸石燃烧的过程中，许多重金属污染物排放到大气中，从而造成严重的环境问题，因此研究煤燃烧过程中重金属排放的环境效应很有必要。本研究运用ReCiPe2016软件计算了煤矸石和煤在330 MW煤粉炉、50 kW循环流化床和实验室燃烧时As和Pb排放的环境影响值。结果表明当煤在330 MW煤粉炉燃烧的时候，底渣、飞灰、烟气中的As排放对环境的影响值分别是3.28×10^-6、2.68×10^-5、3.89×10^-3，底渣、飞灰、烟气中的Pb排放对环境的影响值分别是8.57×10^-6、6.00×10^-5、4.83×10^-2。底渣中的As和Pb排放对环境的影响比飞灰中低；As和Pb排放到大气对环境的影响比排放到土壤高。另外，当煤在50 kW循环流化床燃烧的时候，飞灰中的As和Pb排放对环境的影响值分别是3.26×10^-5和1.28×10^-4，底渣中的As和Pb排放对环境的影响值分别是1.16×10^-6和1.43×10^-5。本文的研究结果还表明当煤矸石在实验室燃烧的时候，随着燃烧温度的升高，As和Pb排放对环境的影响值升高。另外，As和Pb排放到大气对环境的影响占总环境的影响比例比排放到土壤高。此项研究还表明当煤在煤粉炉和循环流化床燃烧的时候，相同工况下Pb排放对环境的影响比As高。这项结果也为运用生命周期影响评价软件预测煤矸石在循环流化床燃烧As和Pb排放的环境影响提供基础数据。     

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。     

流化床O2/CO2气氛下添加石灰石对燃煤PM2.5的控制

采用小型流化床研究了在O₂/CO₂气氛下添加石灰石对PM_2.5(空气动力学直径小于2.5 μm的颗粒物)的控制.实验采用荷电低压撞击器(ELPI)采集和分析燃烧后的PM_2.5.结果表明,添加石灰石是燃烧过程中影响PM_2.5生成的重要因素.添加石灰石后,生成PM_1.0的数量浓度均降低,而PM_1.0~2.5的数量浓度均略有增加;PM_2.5质量粒径分布均呈双峰分布,峰值分别出现在0.2和2.0 μm左右.随着Ca/S物质的量比的增加,PM_2.5中Si、Na、K、S和Cu的含量呈减少的趋势;随着颗粒粒径的减小,S、Cu、K和Na的含量有增大的趋势,而Si的含量有减少的趋势.     

反应气氛对不同煤灰烧结温度影响的研究

煤灰的烧结温度对流化床燃烧及气化炉的设计和运行有着很重要的作用。利用所建的压差法煤灰烧结温度测量装置,在分析了灰样放置方式对煤灰烧结温度测量影响的基础上,测量了不同反应气氛下不同煤灰的烧结温度,并获得了煤灰成分以及反应气氛对煤灰烧结特性的影响。结果表明,煤灰的酸碱比越大,其烧结温度越高,同时煤灰的含铁量增加将明显降低其烧结温度;还原性气氛下煤灰的烧结温度低于氧化性气氛下煤灰的烧结温度,而在H2气氛下,具有适当的Fe2O3、Na2O、SO3配比的煤灰容易产生低温共熔体Na2S-FeS,使得H2气氛下的烧结温度低于CO气氛下的煤灰烧结温度;典型流化床气化下煤灰的烧结温度介于CO气氛和H2气氛下煤灰烧结温度之间,并且更接近于CO气氛。     

基于镍基载氧体的串行流化床煤化学链燃烧实验

以NiO/Al₂O₃为载氧体,在1 kW_th串行流化床反应器上进行了煤化学链燃烧实验,通过四个参数:碳转换效率η_C,coal、煤气化产物的转换效率、碳捕集效率η_C,cap及煤燃烧效率η_combust对煤燃烧过程进行表征,考察了燃料反应器温度t_FR、过量空气系数α、隔离器水煤比S_LS/C、燃料反应器水煤比S_FR/C和热负荷等参数的影响。结果表明,t_FR和S_LS/C的增大有利于煤气化产物的转换;t_FR、α和S_LS/C的增大有助于η_C,coal的提高,随着S_FR/C由0.8增加到1.8,η_C,coal呈先增加再减小的趋势,并在S_FR/C=1.2达到最大值;η_combust和η_C,coal变化趋势保持一致,主要受飞灰含碳量中残碳损失的影响;t_FR提高有助于提高η_C,cap,而α和S_LS/C的增大使得η_C,cap降低。     

O_2/CO_2气氛添加高岭石对燃煤PM_(2.5)排放的影响

采用管式炉研究了在O2/CO2气氛下添加高岭石对PM2.5(空气动力学直径小于2.5μm的颗粒物)排放特性的影响。实验采用荷电低压撞击器(ELPI)采集和分析燃烧后的PM2.5。结果表明,添加高岭石是燃烧过程中影响PM2.5生成的重要因素。添加高岭石后,生成PM1的数量和质量浓度均降低,而PM1-2.5的数量和质量浓度均略有增加,PM2.5粒径分布均呈双峰分布,峰值点分别出现在0.2μm和2.0μm左右。随着高岭石添加质量比的增加,PM2.5中的S、Pb、Cu、Na和K五种元素的浓度呈下降趋势。粒径小于0.317μm的亚微米颗粒通过气化-凝结机理形成,而超微米颗粒则是通过亚微米颗粒凝聚、聚结和矿物质熔融、破碎、聚结形成。