准东煤灰沉积特性的实验研究

本文在高温沉降炉(DTF)上开展了准东煤及其混煤在20%O_2/80%N_2气氛下的灰沉积实验。可控温灰沉积取样枪从沉降炉底部伸入炉膛进行沉积取样。利用XRF、XRD和SEM-EDS对收集到的总灰和沉积样片进行表征。研究结果表明:混煤总灰中含有较多石英、莫来石等难熔物,较少CaO、CaSO_4等助熔矿物,这有利于灰熔点的升高,从而降低了准东煤沉积倾向。准东煤900℃沉积可以分为内外两层。在内层观察到Na_2SO_4和CaSO_4的富集。内层主要由为1~10μm小颗粒构成,外层主要由20~50μm大颗粒构成。1150℃沉积无分层现象,主要以Ca、Mg、S沉积为主。900℃下准东煤沉积倾向更严重。     

O2/CO2煤粉燃烧时细灰颗粒中痕量元素分布特性的实验研究

通过三个煤种在沉降炉中的燃烧实验,采用X-射线荧光光谱仪对实验收集的细灰颗粒物的元素组成进行定量测定,研究了O2/CO2煤粉燃烧对痕量元素行为的影响.结果表明,与O2/N2燃烧相比,O2/CO2燃烧对LPI颗粒物中Cu、Zn和Mn元素的分布形式没有影响,但显著增加了Cu、Zn元素在亚微米颗粒中的富集程度, Mn元素住细灰颗粒上没有出现富集,但O2/CO2燃烧时Mn在亚微米和超微米颗粒中的含量均显著减少.     

煤粉燃烧初期碱金属与碳烟相互作用的研究

研究碱金属与碳烟的相互作用对于深入了解煤燃烧初期的细颗粒物生成与演化机制是非常重要的。本文采用Hencken燃烧器与ELPI+分级采样系统,对准东煤和其酸洗煤在不同气氛下30 ms停留时间处所取样的细颗粒物进行测试分析。研究发现准东煤产生的碳烟存在明显的Na元素掺杂,在20%O_2条件下几乎完全氧化并被矿物质颗粒物替代。酸洗之后准东煤碳烟产量增加40%,并且碳烟的氧化速度明显降低,导致在20%O_2条件下碳烟大量存在于细颗粒物中。使用HRTEM研究了掺杂Na的碳烟的微观结构,结果表明在挥发分的二次反应中碱金属与高分子烃存在多种相互作用机制。     

煤燃烧中无机矿物向颗粒物的转化规律

为深入理解燃煤颗粒物的形成机理,利用计算机控制扫描电镜技术对煤及其颗粒物中的无机矿物进行了详细表征,研究了煤燃烧过程中主要矿物向颗粒物的转化规律.结果表明煤中粘土矿物由于含有K、Na、Ca、Mg和Fe等杂质元素,容易在较低温度下发生熔融和聚合,从而使颗粒粒径变大.黄铁矿在燃烧中易发生分解、破碎而使颗粒粒径减小,Fe氧化物与硅酸盐发生反应形成富Fe硅酸盐.方解石和铁白云石在高温条件下分解生成对应的氧化物,也可与硅酸盐发生反应形成富Ca或富Fe硅酸盐.石膏在燃烧过程中会经历脱水和分解反应,生成的CaO可与SO3和熔融硅酸盐发生竞争反应.     

煤中钠元素赋存形态对亚微米颗粒物形成的影响研究

将原煤通过三步化学提取实验(水洗,NH_3OAc洗,HCl洗),然后通过浸溶实验(Impregnation Experiment),将煤中羧基(-COOH)中的H离子置换成Na离子.并将原煤、提取实验后煤和浸溶实验后的三种煤样在沉降炉中热解和燃烧,研究煤中钠的有机/无机赋存形态对其气化特征和亚微米颗粒物形成的影响.实验结果发现:提取实验后的煤样,Na元素大部分以硅酸盐形式存在,两种煤在沉降炉中的热解结果表明以硅酸盐形式存在于煤中的钠元素很难气化.浸溶实验后的煤样中,Na元素大部分以羧酸(COO-Na)的形式存在,两种煤在沉降炉中的热解实验结果表明以有机结合态存在于煤中的钠元素非常易气化.Na元素赋存形态对其燃烧过程中气化有重要影响,最终表现在亚微米颗粒物中的含量上.     

褐煤热解与燃烧时矿物转化和细灰形成的CCSEM研究

在沉降炉中进行了一种典型中国褐煤的热解与燃烧实验,热解气氛为N2,燃烧气氛为O₂/N₂=21:79,采用CCSEM分析原煤、煤焦与煤灰。CCSEM分析结果表明,铁氧化物、石英、黄铁矿、伊利石和高岭土是煤中主要的矿物成分,同时也是主要的外在矿成分,褐煤中57.26%的矿物粒径小于10μm。在热解与燃烧过程中,煤中主要矿物发生了明显转化。富Si矿物和硅铝酸盐在热解和燃烧过程中可能发生了破碎;而富Fe矿物部分明显破碎生成细小矿物,部分外在矿直接转化,未发生明显破碎。细灰少量来自于细小富硅矿、石英和铁氧化物等矿物的直接转化,70%以上的细灰由Ca、Fe含量很高的混合硅铝酸盐组成。     

添加高岭土对准东煤燃烧PM_1生成影响的研究

准东煤在中国能源利用中具有重要地位,由于特性独特,对准东煤燃烧颗粒物的生成特性和相应控制方法的研究十分必要。本文在沉降炉中研究了1000~1300℃下准东煤高岭土添加对PM_1(空气动力学直径小于1μm的颗粒物)生成的影响。实验结果表明,随着温度的升高,准东煤PM_1的生成量先急剧减少后略微增加,并向小粒径偏移。高岭土的添加对PM_1的作用在不同温度下差异明显,1000℃时高岭土添加大幅降低了PM_1的生成量;1100℃时,PM_1的生成量较原煤有一定的降低;1300℃时反而略微增加了PM_1的生成。     

准东煤沾污结渣特性研究

准东煤易着火、燃尽率高,是优良的动力用煤,但高水分、高碱金属含量特性导致其在锅炉燃用过程中出现严重的沾污结渣。系统采集燃用准东煤比例约为75%的新疆某电厂1#炉各部位灰渣样,采用X射线荧光光谱、X射线衍射仪和环境扫描电子显微镜等微观分析手段对灰渣样进行了系统分析,结果表明:钠在烧结灰块中的沉积多于浮灰,整个烟气流程中,中温对流受热面(500~700℃)上的灰渣中钠含量最高;灰渣的矿物组成包括常见的强沾污性的硫酸钙,同时还含有钠长石、钠铁硫酸盐和钠钙铝硅酸盐。     

改性硅藻土脱除燃煤超细颗粒物的研究

本文分别采用盐酸和羟基铝溶液对硅藻土进行改性处理,将原硅藻土和两种改性硅藻土作为添加剂与煤粉按质量比3:100均匀混合后,在高温沉降炉1500℃下进行燃烧实验,利用低压撞击器(LPI)取样系统分级收集10μm的颗粒物,研究超细颗粒物的生成特性;此外,将改性硅藻土与醋酸钠混合后在相同条件下燃烧,利用高温取样的方法(避免Na蒸汽物理冷凝),在950°℃下收集燃烧产物,消解后进行ICP-AES测试样品中Na的含量。实验结果表明:原硅藻土、酸改性和羟基铝改性硅藻土减排PM_(0.2)比例分别为:19.76%、28.77%和30.32%;在硅藻土及改性硅藻土与醋酸钠的反应实验中,与原硅藻土原土相比,酸改性和羟基铝改性硅藻土化学吸附Na的能力分别提高3.26%和22.18%;经分析后认为,盐酸改性主要使硅藻土比表面积增加、改善表面结构特性,提高了其物理吸附碱金属Na的能力;而羟基铝则会与硅藻土表面结合形成新的吸附表面,促进了硅藻土与.Na的化学反应,从而有效减少了PM_(0.2)的生成量。     

生物质废弃物的烟气强化水洗脱碱研究

本文基于CO2溶于水形成碳酸的原理,提出生物质电厂烟气强化水洗法,对生物质中水不溶AAEM(如有机AAEM、CaCO3及CaSO4等)进行有效脱除,从而抑制其燃烧过程的结渣沾污.实验结果表明,烟气强化水洗对生物质中Na、P、S、Cl、K、Ca等无机元素均有很好的脱除效果,且明显优于传统水洗,K和Ca的脱除率分别达到87％和40％.烟气强化水洗明显抑制了生物质燃烧过程中灰的熔融结渣现象,灰的软化温度从原料灰的982℃提高到了1034℃.所以,烟气强化水洗是一种有效的抑制生物质燃烧过程中结渣沾污的方法.而且,此方法也提出了一条生物质电厂烟气资源化利用的新途径.     

高碱煤的烟气强化水洗脱碱研究

本工作基于燃煤电厂烟气(CO2)溶于水形成的碳酸可促进高碱煤中碱金属碱土金属(AAEM)水洗脱除的理论基础，研究了关键工艺参数对脱碱效果的影响规律，考察了洗液循环利用的可行性和烟气强化水洗对重金属的脱除作用。结果表明，烟气强化水洗对红沙泉煤中Na、K最高脱除率分别可达86.8%和62.7%；宜化煤脱Ca率达到44.7%；准东煤脱Mg率达35.4%；脱碱率随水洗时间的增加和原料粒径的减小而增大；洗液盐浓度与循环次数呈正相关，Ca和Mg的脱除率受循环液浓度影响强于Na和K；煤中As、Ni等重金属脱除率甚至超过90%。     

煤燃烧超细颗粒物生成和控制的实验研究

为了解煤燃烧过程中温度对超细颗粒物生成的影响和吸附剂抑制超细颗粒物生成的有效性,本文进行了小龙潭褐煤的滴管炉燃烧试验。收集的超细颗粒物的尺寸分布已经在不同的操作参数下进行了测量。超细颗粒物主要通过汽化-成核-冷凝机理形成。因为小于100 nm的颗粒物没有得到充分的控制,一种加入蒸汽吸附剂的方法在煤燃烧系统中得到应用,事实证明这种方法可以有效地抑制超细颗粒物的生成。     

燃煤源PM_(10)的CCSEM单颗粒分析

借助计算机控制扫描电镜(CCSEM)技术实现了对PM_(10)和PM_(2.5)的单颗粒物化特性分析。选用一种典型无烟煤在沉降炉内开展燃烧实验,分别收取PM_(10)和全灰。通过将CCSEM所测全灰中灰颗粒的几何粒径换算为空气动力学直径,发现全灰空气动力学直径为0.5~10μm的细颗粒与低压撞击器(LPI)收取的PM_(0.5-10)的物化性质较相似。随后对全灰中细颗粒的CCSEM单颗粒分析表明,PM_(0.5-2.5)的矿物组成与PM_(2.5-10)、全灰相差较大,其Fe硅铝酸盐、混合硅铝酸盐等成分的含量为三者最大,而莫来石相成分含量为三者最低。相比PM_(2.5-10)和全灰,PM_(0.5-2.5)中Fe分布在莫来石相成分中的比例最小。     

煤粉燃烧过程中灰膜形成比例实验研究

煤焦颗粒燃烧过程中,灰膜形成显著影响其燃烧特性.因此,本文借助高温沉降炉研究了 61～75,75～90和90～125 μm三种粒径黄陵烟煤在1273和1673 K温度下的燃烧特性与灰膜形成比例;借助扫描电镜(SEM)详细观测空心微珠颗粒内部结构,提出灰膜比例计算公式,并分析温度,粒径和碳转化率对灰膜比例的影响.结果表明...     

燃煤黄铁矿迁移转化模拟的研究

基于已有的动力学数据对单颗粒黄铁矿迁移转化进行了全过程模拟,分析讨论了各种因素对黄铁矿氧化过程和S释放率的影响,结果表明:随着颗粒尺寸的减小和炉膛温度的升高,黄铁矿颗粒的分解氧化过程加快,颗粒在炉内停留很短时间内温度即升高到共融点以上,使颗粒呈混熔态,进而导致灰沉积、结渣.颗粒氧化过程中S的释放主要受扩散控制,其释放速率与颗粒粒径成反比,与氧气浓度和炉膛温度成正比.     

污泥粉燃烧无机成分的转化和成灰行为

沉降炉中燃烧两种污泥研究温度对灰行为的影响。结果表明：随温度升高颗粒直径向大尺寸范围移动,在熔融聚集作用下1300℃时颗粒直径略微减小;灰形态随温度升高熔化程度增加,球颗粒数目增多,结合1300℃的灰平均圆度与EDS结果,推测Fe和球形灰颗粒的形成有关;泥样主要矿物相分是SiO₂、AlPO4、Na/K-硅酸盐、白云母、水钙沸石,随温度升高转变为CaAl₂Si₂O₈、NaFe₃Si₂O₆等辉石矿物,1300℃时晶峰面积减少,熔融现象明显。     

加福无烟煤粉燃烧动力学参数测定

用管式沉降炉做了加福煤粉(180—240目)的燃烧实验.加福煤是高灰分的高变质无烟煤,用有灰壳的缩核模型计算了它的燃烧反应动力学参数.结果证叫加福煤粉的燃烧实际接近于无灰壳的收缩模型,说明既使对于高灰分的煤粉,有灰壳的燃烧模型也是不适用的.本文还对在不同取样点间有不同表面反应速度系数的原因进行了分析,并对煤粉燃烧实验方法提出建议.     

O2/N2与O2/CO2条件下燃煤颗粒物的生成特性研究

将煤粉在O2/N2与O2/CO2条件下进行沉降炉燃烧实验,研究了燃煤颗粒物的质量粒径分布、生成浓度以及元素组成特性.研究结果表明,燃煤颗粒物均呈三模态粒径分布,气氛的改变不影响各模态的分布趋势.相同O2含量条件下,与O2/N2气氛相比,O2/CO2气氛中PM10和PM1的生成浓度均降低,PM1易挥发元素Na、K、S的含量升高,而难熔元素Si、Al、Mg、Ca、Fe的含量降低.随着O2浓度的增加,O2/N2燃烧气氛下PM10和PM1的生成浓度逐渐增加,O2/CO2燃烧气氛下PM10的生成浓度增加,而PM1的生成浓度先减小后增加.     

褐煤O2/CO2燃烧时可吸入颗粒物中碱性金属分布特性

通过沉降炉燃烧实验,研究了褐煤O2/CO2燃烧时可吸入颗粒物的生成和碱性金属元素在颗粒物中的分布特性.结果表明,燃烧气氛由O2/N2燃烧转变为O2/CO2燃烧时,亚微米颗粒物的生成量减少,但超细颗粒量增加.气氛对碱性金属元素分布的影响主要体现在亚微米颗粒范围内.与O2/N2燃烧相比,相同氧浓度下O2/CO2燃烧时所生成亚微米颗粒物中碱性金属向小粒径颗粒中富集.O2/CO2气氛下,低氧浓度燃烧时碱性金属元素对亚微米颗粒物的生成贡献大,而增加氧浓度其在亚微米颗粒物中质量份额则减小.     

煤粉燃烧炉内细颗粒物沿程演化特性模拟

本文针对微米及亚微米细颗粒物在煤粉自维持燃烧高温一维炉中的沿程演化特性进行了定量模拟。从高温火焰区到焦炭燃烧区,利用聚并机理和碳烟氧化模型计算了细颗粒物浓度的粒径分布(PSD)变化,表明碳烟氧化是焦炭燃烧区颗粒浓度分布变化的主要因素,仅聚并作用无法生成PM_(0.1)以上颗粒。并通过预设碳烟份额得到与实验值吻合较好的焦炭燃烧区出口颗粒浓度分布曲线。