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。     

山西典型高铝煤灰熔融及黏温特性改性实验研究

以山西典型高铝煤为研究对象,研究了工业助熔剂石灰石、黏土以及两者的复合助熔剂对其灰熔融特性及黏温特性的影响。结果表明,随着助熔剂含量的增加,煤灰熔融流动温度下降;石灰石的助熔效果优于黏土,复合助熔剂效果优于单一助熔剂。添加石灰石使灰渣临界黏度温度tcv显著降低,添加黏土使其渣型向玻璃渣转变,复合助熔剂较单一助熔剂存在显著协同作用,即能同时实现tcv的降低和渣型的有利转变。对山西典型高铝煤两渡煤,在复合助熔剂添加量为4%(2%石灰石+2%黏土)时,不仅其渣型向玻璃渣转变,且tcv较单独添加石灰石(2%)降低133℃,较单独添加黏土(6%)降低222℃。矿物质分析结果证实了助熔剂的助熔原理。添加复合助熔剂改性的山西高铝煤可达到工业气流床气化对煤种的要求。     

不同灰成分的低熔点煤灰熔融性调控机理研究

通过灰熔点较低且接近的两种煤与灰熔点较高的天池煤混配,结果表明,在含铁类矿物质较低的小屯煤与天池煤的混煤中,混煤灰熔点随天池煤混入比例的增加而提高,含铁类矿物质较高的宁鲁原煤与天池煤的混煤灰熔点随天池煤混入比例的增加没有明显变化。通过XRD分析配煤中矿物质的转变过程,结果表明,宁鲁原煤灰中含有的钙铁类矿物质(如赤铁矿、硬石膏)抑制了莫来石的生成,缺少作为骨架支撑作用的高熔点莫来石,煤灰的熔点得不到显著提高。最后将配煤在沉降炉中进行实验模拟电站锅炉的结渣过程,并使用SEM分析灰渣的微观形貌,发现与宁鲁原煤相比,小屯与天池煤的混煤更能显著改善结渣特性。     

煤灰中矿物质组成对煤灰熔融温度的影响

选取九种不同灰熔融温度的煤样,利用X射线衍射分析方法,研究了煤灰的矿物质组成及含量对灰熔融温度的影响,以及弱还原性气氛下不同温度煤灰熔融过程中的矿物演变过程及其对灰熔融温度的影响。结果表明,815℃煤灰的主要晶体矿物质组成为石英、硬石膏、赤铁矿、氢氧钙石和石灰等。一般情况下,煤灰中氢氧钙石含量低,硬石膏和赤铁矿含量高的煤,灰熔融温度较低。在还原性气氛下,随着温度的升高,煤灰中的石英、硬石膏、氢氧钙石等结晶矿物含量逐渐减少,生成新的矿物质。莫来石的生成是导致煤灰熔融温度高的主要原因。低灰熔融温度煤灰在加热过程中,在1 100℃时,钙长石和铁钙辉石的生成起到了降低煤灰熔融温度的作用。     

城市生活垃圾灰渣的熔融和黏温特性研究

城市生活垃圾灰渣的熔融及黏温特性对其固定床熔渣气化炉的优化设计和操作具有重要指导意义。本文分析了上海老港垃圾(LG)和扬州成型垃圾(YZ)的灰成分特征,利用高温热台显微镜、X射线衍射仪(XRD)及FactSage模拟探究了垃圾灰的熔融机制,同时结合高温黏度计、扫描电镜-能谱分析仪(SEM-EDS)和XRD分析晶体矿物质生成对灰渣黏度变化的影响。结果表明,两种生活垃圾灰的硅铝比均较高,但铝钙含量差异较大。YZ灰流动温度比LG灰约高150℃,与LG灰中形成易低温共熔的硅灰石,而YZ灰在高温下仍存在石英及尖晶石有关。两种灰渣的熔融均符合“熔融-溶解”机制,且随温度升高均经历收缩、熔融和扩散过程。两条黏温曲线均呈现玻璃渣的特征,但YZ灰的黏度增长较快,与其降温过程产生长条状钙长石晶体有关。以YZ为气化原料需较高的排渣温度,而LG灰的熔融特性和黏温特性均较好,应用此原料气化炉可操作温度范围大。     

煤中矿物质对灰熔融和燃烧特性的影响

采用化学分步萃取、XRD和SEM-EDS、煤灰灰成分分析等测试方法对五彩湾煤中矿物质的赋存形态进行了研究,并对逐级萃取前后煤样的燃烧特性和灰熔融特性进行了分析和比较.结果表明,五彩湾煤中原始矿物质主要有方解石、硫酸钙、高岭石、石英、黄铁矿等;煤中钠含量很高,主要以水合离子的形态溶于煤的内水中;有机形态的钠、镁和钙提高了煤的燃烧特性;五彩湾煤的煤灰熔融性主要受铁钙物质的量比(F₂O₃/CaO)影响,灰熔融特性温度随铁钙物质的量比(F₂O₃/CaO)的增大而降低.     

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。     

含V和Ni灰高温流动性的调控研究

以三种含V和Ni灰为研究对象,探索通过添加助剂和配煤两种途径来调控含V和Ni灰的流动性,利用XRD、SEMEDX和三元相图等分析方法,探究了两种方法调控含V和Ni灰流动性的机理。结果表明,灰中V和Ni在高温下形成难熔物钒氧矿和单质镍,配煤和添加CaO降低了V和Ni的含量,同时可降低除V和Ni以外灰组成的液相温度,进而降低灰的熔融温度。当灰中V和Ni的总含量低于30%时,配入助熔剂CaO可明显降低灰的熔融温度,但其黏温曲线转变为结晶渣类型。当灰中V和Ni含量高于30%时,需通过配入低熔点煤灰降低熔融温度,在满足气流床排渣要求的煤灰中配入5%的该灰后,其黏温特性仍满足气流床液态排渣的要求,但配比达到10%时,降温过程中析出大量的富钒尖晶石,使灰渣黏温曲线转变为结晶渣类型,其不再适合气流床液态排渣的要求。     

氧化钙含量对灰渣流体性质影响的研究

考察添加不同比例氧化钙对三种不同煤灰的熔融特性(AFT)和灰渣黏温特性的影响，特别是对不同黏度下临界黏度温度(Tcv)变化进行考察。结果表明，在一定的添加范围内灰熔融温度随着氧化钙添加比例的增加呈先减小后增加的变化趋势，这与通过FACTsage计算得到的全液相温度随氧化钙含量变化的结果相符;灰渣黏度在温度大于临界黏度温...     

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。     

山西“两高”煤灰分对石灰石助熔机制影响的研究

以山西"两高"煤为研究对象,考察了洗选改变灰分对添加助熔剂Ca CO3的影响。研究发现,随着洗煤灰分的降低,煤灰中二氧化硅含量及硅铝比(Si/Al)降低,煤灰流动温度降低至液态排渣气流床气化所需温度时,Ca CO3的添加比例与洗煤高温下生成的矿物质种类及其含量相关,经过洗选降低灰分后的FH与SH洗煤,通过添加一定比例的助熔剂Ca CO3,高温下煤灰渣类型由结晶渣变为玻璃体渣,排渣温度范围宽,能够很好地满足气流床气化液态排渣的要求,洗选与添加Ca CO3助熔剂配合使用的方式,可以有效调控山西"两高"煤灰流动性质。     

配煤和助熔剂降低煤灰熔融温度的矿物学特性研究

主要研究添加助熔剂或配煤降低晋城无烟煤的灰熔融温度。通过X射线衍射(XRD)、热力学计算以及灰熔点测试等手段,研究混煤灰熔融特性及其在变形温度时的矿物学特征,解析其结渣特点。结果表明,原煤灰含量越低,混煤灰熔点降低效果越明显。在配煤添加量为20%时,低灰煤C灰熔点降低趋势最明显,对于高灰煤G,则为30%;助熔剂K对C的灰熔点降低效果比对G的更明显。在混煤灰的变形温度处,出现了长石类矿物质。长石类矿物含量的上升和莫来石含量的下降促使灰熔点快速降低。热力学计算表明,高温下,煤灰中液相物质的产生伴随着钙长石和石英含量的快速下降以及莫来石含量的缓慢降低。钙长石参与了煤灰中液相物质的产生。能够与钙长石作用形成低熔点共熔体的物质的含量决定了它的助熔效果。     

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。     

Analysis of siliceous materials and coal by atomic absorption spectrophotometry with fusion for sample decomposition

The oxalic acid-lithium carbonate-lithium tetraborate (1:1:1) fusion agent proposed previously for cement analysis is applied to determine the composition of various siliceous samples including granite, clay, flyash, sand and silica fume. For samples with silica content higher than 70%, the sample size had to be reduced from 0.10 to 0.01 g and a recovery factor was needed in silica determination to account for the precipitation of silica during acid dissolution. Attempt has also been made to determine the major metallic elements in coal by fusion directly without the ashing procedure, and the results obtained were good. Further, the ash content of coal was proposed to be determined by establishing a relation between the ash content and the sum of the concentrations of four major oxides (i.e. the oxides of Si, Al, Fe and Ca), and the proposed method is accurate and is time saving compared with that determined by direct ashing at 800 degrees C.     

煤灰在高温下的流变特性研究

为了研究煤灰在高温下的流变特性,以陕西神木煤、内蒙纳林沟煤、宁夏羊肠湾煤和山东南屯煤四种煤灰为样品,利用高温旋转黏度计,研究了高温下煤灰渣黏度和剪切应力随剪切速率的变化。实验结果表明,当实验温度高于煤灰的液相线温度时,其流型表现为牛顿流体;当温度低于液相线温度时,其流型逐渐由牛顿流体转变为非牛顿流体。其中,陕西神木煤和宁夏羊肠湾煤的煤灰样品在高温下表现为剪切增稠,随着温度的降低,由牛顿流体转变为屈服涨塑性流体;内蒙纳林沟煤和山东南屯煤的煤灰样品在高温下表现为剪切变稀,随着温度的降低,由牛顿流体转变为屈服假塑性流体。另外,随着温度的降低,由于液态煤灰中晶体的不断析出,使屈服应力逐渐增大,降低了煤灰的流动性。     

高温下渣熔融对煤焦-CO2气化反应特性的影响

在STA449F3型热天平上采用等温热重法研究了加入不同比例粗渣的煤焦在反应温度900～1380 ℃的气化反应性。利用热重-差示扫描量热法(TG-DSC)对煤焦的热行为进行分析,主要考察了加入不同比例粗渣、反应温度对煤焦反应性的影响。结果表明,煤焦-CO₂反应过程中,气化反应性和碳转化率可根据煤灰熔融流动温度分为相对低温段和高温段。在低温段,加入粗渣增加了煤焦的气化反应性和碳转化率;在高温段,加入粗渣会减小煤焦的碳转化率,并当粗渣加入量超过一定比例时,会降低煤焦的气化反应性。气化初期反应速率可根据粗渣熔融流动温度分为低温区域的化学反应控制和高温区域的扩散控制。     

煤灰对玉米秸秆焦气化过程中固钾及其灰熔融性的研究

在管式炉中,研究了煤灰对玉米秸秆焦在不同气化条件下钾的固留率和灰渣熔融性的影响。采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)以及灰熔点测定仪等检测表征手段对气化灰渣中的钾元素含量、矿物质组成以及其熔融点进行了分析。实验以高岭土为参考,研究发现,煤灰如同高岭土具有一定的固钾能力,且随着添加量的增加钾固留率呈现增加的趋势,同时灰渣熔点也得到了提升。灰渣产物的XRD组成分析表明,挥发至气相中的钾以及灰渣中以熔融态存在的钾盐与煤灰中的硅铝化合物反应生成了高熔点的KAlSi_3O_8、KAlSi_2O_6和KAlSiO_4,从而达到固钾的效果并提升了灰渣的熔点。     

气化中煤灰熔点和黏度预测模型

根据煤灰中硅铝含量及硅铝比对煤灰进行分类研究,构建了灰熔融点和黏度与组分关系的优化模型,并对宽组分范围的煤灰熔点、黏度关系进行探讨。获得了更加精确的灰熔点预测模型,全液相温度模型预测误差为±40℃,实验值和预测值的标准误差为25℃。采用修正的Urbain模型和Roscoe模型相结合,模型预测值和实验值吻合较好,低黏度下对数黏度的预测值和实验值误差为±0.1;高黏度下黏度的预测值和实验值误差为±0.2。结果表明,基于煤灰组分分类的拟合结果优于涵盖宽组分的模型。