高温固硫物相硫铝酸钙的生成过程研究

利用XRD、SEM和KZDL 4M型快速智能测硫仪对硫铝酸钙的形成过程及添加剂对其生成过程的影响进行了研究，探讨了硫铝酸钙的生成与分解反应机理及添加剂对其生成与分解反应的影响。结果表明，1150℃～1450℃能生成硫铝酸钙，同时伴存12CaO7Al2O3，温度高于1350℃时，硫铝酸钙发生分解生成3CaO·Al2O3； MgO在一定程度上利于硫铝酸钙的形成；Fe2O3在较低温下能促进硫铝酸钙的形成，高温下则促进其分解；而SiO2能有效抑制CaSO4的高温分解，却不利于硫铝酸钙的生成。     

CaO固硫反应机理研究的新进展

CaO固硫反应的机理研究一直是高温钙基固硫的难点，最近研究认为CaO固硫反应分为两个阶段：前期为表面化学反应阶段，后期为产物层扩散控制阶段。前期反应生成的CaSO4不仅堵塞了CaO颗粒之间的微孔，也逐渐包覆了CaO颗粒，致使后阶段固硫反应转化率明显降低。传统上认为是SO2和O2通过CaSO4产物层向内扩散与CaO进行反应，依此机理提出了核收缩模型和等效粒子模型。新的研究结果认为，固硫反应后期的产物层扩散控制阶段，主要发生的反应是Ca2+通过产物层CaSO4扩散至表面与SO2和O2进行反应，而与传统的机理不同。本文主要介绍了两种实验技术在CaO固硫机理研究中的应用，并在实验现象基础上，对固硫机理提出了新认识。最后对在CaO中添加了不同添加剂能明显提高固硫率的试验数据作了新的机理解释。     

添加剂对燃煤电石渣固硫的促进作用

在煤的燃烧过程中采用钙基固硫技术脱除SO2等气体污染物,是实现煤高效清洁燃烧的有效措施之一。传统钙基固硫剂价格低廉,但普遍存在固硫剂利用率低,固硫反应速率与硫析出速率不一致,以及高温下形成的固硫产物易于分解等缺点。研究表明,在钙基固硫剂中掺入微量添加剂可以有效提高钙基固硫剂的固硫率。添加剂主要起两大作用,一是对煤的燃烧过程有助燃和促进作用,提高钙基利用率;二是在燃烧过程中形成耐热稳定的物相或熔融物相包裹固硫物相,从而抑制固硫物相的分解,阻止SO2的排放。     

大型电站煤粉炉自身固硫灰渣的微观晶相分析

研究了电站1 025 t/h煤粉炉燃用Ca/S(摩尔比)=2.02的神木煤自身固硫灰渣的晶相组成,XRD分析表明,入炉煤中无定形的非晶相质量分数高达91.2%,CaCO3晶相质量分数为2.1%。满负荷下飞灰中因高温熔融形成的玻璃态非晶相质量分数高达70.5%,煤灰自身固硫产物CaSO4质量分数为3.4%,CaCO3和CaO质量分数为6.9%,使其仍具有进一步固硫的能力。满负荷下炉底渣中钠长石质量分数高达59.2%,非晶相质量分数为25.7%,未发现CaSO4、CaCO3或CaO晶相。当锅炉负荷降低时,飞灰中非晶相质量分数相应降低,炉底渣中非晶相质量分数升高。     

CaO固硫过程中Ca~(2+)在CaSO_4产物层内扩散的研究

应用标记实验技术，研究CaO固硫反应过程中产物层扩散控制阶段的反应机理 。利用扫描电镜和反射式光学显微镜，对压制烧结并带有Pt标记的CaO样品在固硫 反应前后的形貌变化观察，结果表明：经过较长时间的固硫反应后，在Pt标记层外 表面形成一层覆盖物，XRD分析结果证明该覆盖物是CaSO_4。利用电化学综合测试 仪测量了CaO及CaSO_4在高温下的电导率，结果表明在1000 ℃时CaSO_4的电导率达 到了10~(-3)数量级，说明在高温下CaSO_4内Ca~(2+)有较高的离子迁移特性。根据 标记实验、电导率测试的结果和CaO掺杂体系的固硫动力学数据的分析认为：CaO固 硫反应在后期的扩散层控制阶段的主要反应是Ca~(2+)通过CaSO_4产物层扩散至 CaSO_4外表面与SO_2和O_2进行反应，生成CaSO_4，而不是SO_2和O_2气体通过 CaSO_4产物层向内扩散，在颗粒内部与CaO发生固硫反应。     

燃煤固硫及催化燃烧一体化添加剂的催化作用机理研究

用热重法研究了燃煤固硫及催化燃烧一体化添加剂对峰峰烟煤的催化燃烧和催化固硫作用，采用非等温燃烧反应模型和粒子模型，计算了加入一体化添加剂前后煤的燃烧反应动力学和固硫反应动力学参数，对一体化添加剂的催化作用机理进行了分析。结果表明，一体化添加剂中金属催化组分Fe2O3对煤的燃烧和固硫组分CaO的固硫均起到了较好的催化促进作用。一体化添加剂的加入可提高煤的燃烧反应速率，外加金属离子通过电荷迁移使碳表面的棱、角、缺陷等活性部位增加，加快了氧气的吸附速度，使反应活化能和频率因子降低。在燃烧固硫反应，一体化添加剂中金属助剂Fe2O3催化了SO2转变为SO3的过程，使固硫组分CaO的硫酸盐化反应表面化学反应速度常数k和有效扩散系数D增大，在固硫反应的产物层扩散控制阶段，Fe2O3的存在使得CaO晶粒团之间相互接触黏连的几率减小，减轻了固硫产物CaSO4的团聚，弱化了扩散作用的影响，减轻了CaO固硫反应的孔窒息效应。     

CaO固硫过程中Ca~(2+)在CaSO_4产物层内扩散的研究

应用标记实验技术 ,研究CaO固硫反应过程中产物层扩散控制阶段的反应机理 .利用扫描电镜和反射式光学显微镜 ,对压制烧结并带有Pt标记的CaO样品在固硫反应前后的形貌变化观察 ,结果表明 :经过较长时间的固硫反应后 ,在Pt标记层外表面形成一层覆盖物 ,XRD分析结果证明该覆盖物是CaSO4.利用电化学综合测试仪测量了CaO及CaSO4在高温下的电导率 ,结果表明在 10 0 0℃时CaSO4的电导率达到了 10 -3 数量级 ,说明在高温下CaSO4内Ca2 + 有较高的离子迁移特性 .根据标记实验、电导率测试的结果和CaO掺杂体系的固硫动力学数据的分析认为 :CaO固硫反应在后期的扩散层控制阶段的主要反应是Ca2 + 通过CaSO4产物层扩散至CaSO4外表面与SO2 和O2 进行反应 ,生成CaSO4,而不是SO2 和O2 气体通过CaSO4产物层向内扩散 ,在颗粒内部与CaO发生固硫反应 .     

水泥生料的燃烧固硫特性及其微观反应机理研究

采用SC-132定硫仪对水泥生料的燃烧固硫特性进行了评价，利用XRD、SEM对煅烧样品进行矿相组成分析及矿物形态分析，讨论了水泥生料高温固硫的微观反应机理。结果表明，高温段固硫物相的热稳定性是影响水泥生料固硫效率的决定因素。水泥生料在较宽温度范围内具有85%以上的固硫效率。850 ℃时已有CaSO4形成， 1 050 ℃时CaSO4开始分解。1050℃～1250℃生成耐高温的硫硅酸钙、硫铝酸钙等复合矿物。1300℃时铁铝酸盐固熔体等将硫酸盐的表面包裹，抑制其高温分解，使水泥生料在1300℃时仍有较高的固硫效率。     

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。     

准东煤灰化过程中的矿物演变及矿物添加剂对其灰熔融特性的影响

利用低温灰化、高温灰化和X射线衍射物相分析相结合的方法对准东煤中矿物质在加热过程中的演变规律进行了研究。结果表明,准东煤中原始矿物质以方解石、高岭石为主,随着燃烧温度的升高,煤灰中矿物质最终生成了铁橄榄石、硅酸钙等。此外,向准东煤中掺加不同比例的高岭土和刚玉混合添加剂,发现随着SiO2/Al2O3比值的降低,煤中生成了钙矾石、钙铝榴石等高熔点物质,准东煤的灰熔点逐步升高。     

X射线荧光光谱法同时测定煤焦灰分中主次组分

采用玻璃熔融法制样,选用标准样品及其与其他标准样品的混合物制作工作曲线,并以经验α系数校正元素重叠干扰和基体效应,用X射线荧光光谱法对煤焦灰分中的二氧化硅、氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化锰、二氧化钛和氧化亚铁等7种主次组分进行测定。该法分析结果与化学法测定值相符;对同一样品测定6次,各组分测定值的相对标准偏差在0.11%～5.8%之间。     

高岭土对准东高碱煤煤灰熔融特性影响的量子化学与实验研究

采用量子化学理论计算与实验表征相结合的方法,研究了高岭土对准东高碱煤煤灰熔融特性及其熔融过程中矿物质演变规律的影响,并从矿物质微观结构特性角度阐述了高岭土对改变准东煤煤灰熔融特性的影响机制。结果表明,准东高碱煤煤灰熔融温度随高岭土的添加呈现先快速升高后逐渐变缓的趋势,当高岭土添加比例大于10%时,其提高煤灰熔融温度的趋势变缓;准东高碱煤添加高岭土后,其在1 000-1200℃下的低熔融矿物钙长石、硬石膏等量明显减少,1 200-1 300℃下有一定量的莫来石生成,是其煤灰熔点升高的主要原因;高岭石分子结构中的O(26)、O(22)、Si(6)、Si(8)的反应活性较高,能够与灰中的Fe~(2+)等金属离子成键,促使高岭石的铝氧键断裂。煤中的碱金属或碱土金属(Na或Ca)氧化物中的的O2-,作为亲核试剂,与高岭石的Si(6)和Si(8)发生亲核反应,使桥氧键S-O-Si断裂。     

碱性助剂的添加对Ni/CaO-Al2O3催化剂性能的影响

在CH4、 CO2和O2制合成气的反应中, 通过在Ni/CaO-Al2O3催化剂中添加碱性助剂K2O、 MgO和La2O3, 使催化剂的性能得到了改善. 实验结果表明, MgO和La2O3助剂的添加, 有利于提高催化剂的活性;添加K2O, 却相反. 测得催化剂上积炭量的顺序为: Ni-La2O3/CaO-Al2O3相似文献   

梧桐木与烟煤混烧的灰分特性分析

通过SEM/EDS分析、X射线衍射分析和灰熔融性实验对梧桐木与烟煤混烧适宜的灰化温度、灰化时间以及混煤灰的灰分特性进行了研究。研究表明,适宜的灰化时间为2 h,灰化温度则根据不同的梧桐木配比分别选取650、700和800 ℃。随着梧桐木配比的升高,混烧灰中SiO₂和Al₂O₃的含量逐渐降低,而K₂O、CaO和MgO的含量逐渐升高,Na₂O和Fe₂O₃含量的变化,整体维持在较低的水平。当梧桐木配比为30%时,混烧灰中出现钙长石的晶相;当配比为50%时,混烧灰中出现钠长石的晶相,同时莫来石晶相消失,且随着温度的升高混煤灰中结晶相的强度减弱。梧桐木灰中高含量的碱性氧化物与硅铝氧化物所生成的低熔点硅铝酸盐是导致梧桐木混煤灰熔点降低的直接原因。     

神木煤灰自身固硫的微观特性分析

当管式炉温由800 ℃升高到1 200 ℃时，神木煤灰的自身固硫率由63.5%降低到6.4%。晶相组成、孔隙结构和表面形态分析表明，800 ℃煤灰自身固硫渣样中CaSO4的质量分数高达18%，CaCO3和CaO的质量分数高达22.4%。渣样表面呈蓬松的棉絮状结构，颗粒内部有许多均匀密布的细小孔隙。1 200 ℃渣样中的CaSO4已全部分解，并且不存在任何CaCO3或CaO晶相，渣样表面由许多结构密实、表面光滑的块状颗粒组成，带有明显的烧结胀大和高温熔融的痕迹。1 200 ℃渣样的比表面积、孔容积和平均孔径等比800 ℃时急剧减小。     

添加煤灰及混合氧化物对石油焦CO2高温气化反应的影响

以化学组成相近的燃烧煤灰、气化煤灰和混合氧化物为添加剂,分别通过干混法和湿混法加入石油焦中,并借助热重分析仪在1200-1400 ℃下进行CO₂气化实验,研究高温下煤灰掺混方式、含量及物相组成对石油焦CO₂气化的影响,并使用混合氧化物替代实际煤灰研究其对石油焦的高温气化催化作用。结果表明,石油焦气化反应速率随煤灰添加量的增加而提升;气化温度为1200、1300 ℃时,使用干混法和气化煤灰对石油焦的气化促进作用较弱;但气化温度为1400 ℃时,改变煤灰和石油焦的掺混方式及其中活性金属存在方式,对石油焦气化反应几乎没有影响。这是高温下煤灰熔融,导致液态熔体与石油焦表面接触良好、活性金属自由度高以及传质阻力增加共同作用的结果。此时混合氧化物的催化指数与混合物中铁钙含量具有线性关系,即添加高铁钙含量的煤灰可以促进石油焦CO₂气化反应。     

高温弱还原气氛下高硅铝比煤灰变化行为的研究

利用XRD和FT-IR考察了两种高硅铝比煤(小龙潭褐煤、府谷烟煤)灰中矿物质在高温(1 100~1 500 ℃)弱还原气氛下的演变行为。通过FACT sage对煤中矿物质主要组分在高温下的变化进行了计算,并与XRD和FT-IR结果进行了比较和验证。结果表明,两种高硅铝比煤中矿物质在高温下的演变行为具有很大的差异,高温下,氧化钙含量较高的煤灰主要生成钙镁黄长石和钙长石等长石类矿物质,氧化钙含量较低的煤灰主要生成铝硅酸盐和少量的钙长石、拉长石等。氧化铁对晶体组成影响不明显;二氧化硅的含量随着温度的升高逐渐减少;低温共熔体系的存在降低了高硅铝比煤灰的灰熔点,同时,增加了高温煤灰中非晶体的含量。FACT sage热力学计算结果与XRD、FT-IR分析结果一致。     

燃煤飞灰中铁质微珠的显微结构及其组成研究

选用我国三个典型燃煤煤种的电厂飞灰中铁质微珠,进行显微结构与物相组成等方面的研究。揭示出铁质微珠中存在空心微珠、子母珠和实心微珠三种显微颗粒类型,在这些显微颗粒表面可识别出以微粒状和八面体自形晶两种方式存在的赤铁矿和磁铁矿析晶;元素分析表明,燃烧褐煤电厂铁质微珠主要由Fe、Ca、Al、和Si元素组成,燃烧烟煤和无烟煤的电厂铁质微珠主要由Fe、Al和Si元素组成;物相分析发现,Fe在铁质微珠中以四种存在形式：Fe3O4、α-Fe2O3、γ-Fe2O3和Fe3+-玻璃相。这些物相在三个电厂飞灰中呈现出不同的分布特征,反映出不同的燃煤煤种在锅炉中燃烧温度的差异。随着温度的升高,Fe3O4先氧化为γ-Fe2O3,或γ-Fe2O3与Fe3O4的固熔体,然后再转变为α-Fe2O3,当温度超过 1 400 ℃时,Fe2O3又转化为Fe3O4。