高灰熔点煤气化反应特性的理论分析

本文针对多组高灰熔点煤种的高温热天平气化（C-H₂O、C-CO₂反应）实验数据,进行机理性分析,建立了考虑内孔扩散的动力-扩散模型。模型中,使用随机孔模型对低温动力学控制的气化反应速率进行数据拟合,并对孔隙结构参数的合理确定进行了探讨;采用效率因子修正方法,考虑了中温时煤灰孔隙扩散的影响;同时考虑了高温下气膜扩散机理。新模型可以实现三控制区域的统一贯穿,模型预报能够与实验数据有较好符合。高温时,煤焦发生灰熔融现象会降低气化反应速率,模型通过乘积系数的修正,可以较好描述该过程。     

锅炉结渣初始沉积层微观沉积机理研究

选取矾土Al₂O₃和赤铁矿Fe₂O₃,对这两种矿物做弹性常数的微观分析、对比,X射线衍射分析表明,煤灰与初始沉积层中的矿物种类相同,但两者中矾土Al₂O₃和赤铁矿Fe₂O₃的含量相差很大。采用第一性原理(first-principles)的超软赝势平面波方法,对Al₂O₃和Fe₂O₃的电子结构、弹性常数进行了计算。结果表明,从两种物质的结构角度分析,Al₂O₃晶体中Al³⁺、O^2-的堆积排列相对于Fe₂O₃中Fe³⁺、O^2-要稀疏,这是它们性质不同的结构原因;对于两晶体在<100>方向和切向上的化学键, Fe-O键比Al-O键更容易变形或者断裂,从而导致Fe₂O₃极易沉积在清洁水冷壁上;对Fe₂O₃,切向面对其沉积起了关键性的作用。     

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。     

铁系矿物对煤灰相变过程的内在影响规律研究

为深入研究煤燃烧与煤气化过程中煤中矿物的熔融变化行为对煤灰物理相变变化过程的内在影响规律,本文采用高温热显微镜、SEM-EDX等分析测试手段,实验研究了不同条件(煤燃烧与煤气化)下煤中矿物演变规律与煤灰物理相变变化行为间的内在联系和影响规律。研究结果表明:高铁含量的煤灰A在气化条件下发生初始熔融温度(T_(in))及快速熔融温度(T_(max))要比其在燃烧条件下对应的温度分别低144℃和113℃,而低铁含量的煤灰B则对应气化条件下的T_(in)和T_(max)分别比燃烧条件下的对应温度低25℃和62℃;不同气氛下灰中Fe的不同价态是导致这种差别的主要原因,高温下煤灰相变发生、发展过程中,灰中方铁石、铁铝榴石以及铁做榄石等铁系矿物是引发煤灰发生初始熔融的主要矿物。     

煤粉加压气流床气化特性实验研究

煤气化技术由于具有高煤炭利用率和低污染排放,近年米得到快速发展.我国煤种灰熔点普遍偏高,约占保有储量的57%,无法满足现有液态排渣气流床气化技术的需要.为扩大该技术对我国高灰熔点煤种的适应性,本文在25kg/h规模的加压气流床气化装置上,对我国高灰熔点煤种进行了气化特性实验研究.研究结果表明:高温有利干气化反应向吸热方向进行,碳转化率升高,但过多氧气存在,使得气化炉内燃烧份额增加,导致合成气中 CO2和H2O的含量升高,CO、H2含量降低,冷煤气效率下降,因此,存在最佳气化温度.本实验条件下,最伟气化温度为1300～1350℃;1350℃连续运行1小时30分,此时气化炉底部和旋风分离器内的灰渣,整体上仍以固态形式存在,只有灰中部分低熔融成分发生熔融,其熔融部分在数μm左右.