淮南煤灰中晶体矿物组成与煤灰流动温度关系的研究

选取10种不同灰熔融温度的淮南煤,利用典型煤灰化学组成预测煤灰熔融温度的经验公式,对其煤灰流动温度进行了研究,发现预测精度不高;借助X射线衍射K值法分析计算了淮南煤灰的晶体矿物组成,并对晶体矿物组成与淮南煤灰流动温度的关系进行了关联,提出了利用晶体矿物组成预测煤灰流动温度的回归公式,揭示了淮南煤灰中晶体矿物组成与煤灰流动温度的内在关系,利用该公式计算的煤灰流动温度与实测值之差的绝对值小于国标规定的误差值(再现性小于等于80℃)。     

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。     

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。     

配煤对高熔点煤灰熔融特性影响的研究

采用灰熔点较低的襄阳煤和灰熔点较高的晋城无烟煤组成的混合煤样,利用XRF、SEM、DSC、XRD、三元相图等分析方法,探究了襄阳煤对晋城无烟煤煤灰熔融温度的影响。结果表明,配煤能有效降低高熔点煤灰的熔融温度,当襄阳煤的加入量小于24%时,混合煤灰熔融温度显著降低;襄阳煤的加入量在24%-40%时,混合煤灰熔融温度变化平缓且流动温度低于1 400℃。混合煤灰中的成分在1 000-1 200℃发生一系列的化学反应,主要包括SiO_2与Al_2O_3结合产生高熔点物质莫来石以及Fe_2O_3、CaO与莫来石反应转化形成铁尖晶石、钙长石等新物质,由此造成了煤灰熔融温度的变化。基于BP神经网络对实验数据建立预测模型,其预测效果优于前人总结的经验公式,平均准确度高于99%。利用热力学软件HSC 5.0分析了CaO、Fe_2O_3对降低煤灰熔融温度的影响,分析表明,CaO对莫来石的转化作用优于Fe_2O_3。     

混煤煤灰在加热过程中矿物质行为研究

选用三种不同成分的高温灰，按不同比例进行混合，测定其熔融特性温度，并利用Ｘ－射线衍射分析法对混合灰样加热过程中矿物质行为进行了研究。结果表明，混煤煤灰熔融特性温度与混合比不成线性规律变化。高温作用下混合灰样的矿物质组成与ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２三元系统相图中对应组分点处的矿物质组成基本一致，混煤煤灰熔融特性温度偏低，矿物质间存在低温共熔作用。     

铁基助熔剂对皖北刘桥二矿煤的灰熔融特性影响研究

研究了铁基助熔剂对皖北刘桥二矿煤（AQ）灰熔融特征的影响,并对AQ煤灰在添加铁基助熔剂前后不同热处理温度下的矿物组成进行了XRD和红外光谱分析。结果表明,导致AQ煤灰熔点高的主要原因是1000℃以上形成的莫来石引起的;加入铁基助熔剂可以降低AQ煤灰的熔融温度;在高温下铁基助熔剂与煤灰中其他铝硅酸盐矿物发生反应,生成铁橄榄石和铁尖晶石等低温共熔化合物,从而使煤灰熔点明显下降。     

晋城煤粒度变化对灰熔融性影响规律研究

探索山西晋城煤在灰熔聚流化床气化过程中的结渣机理。采用山西晋城无烟煤,将其破碎到不同粒径,采用XRF、XRD、AFT、SEM和FactSage~(TM)研究了煤的灰分、煤灰化学组成、矿物组成和熔融性随煤样粒径变化规律。结果发现,对于破碎到6 mm以下的晋城煤样,不同粒径子样煤灰化学组成和熔融温度差异不大;对于粉磨到0.2 mm以下的晋城煤粉样品,不同粒径子样化学组成和矿物组成存在较大差异,其中,铁含量差异最明显。AFT和SEM结果都证明,45μm粒径煤粉子样煤灰熔融温度明显高于其他三种样品。Fact SageTM计算得到的液相量变化规律和AFT、SEM观察结果一致,说明煤灰熔融性随粒径变化是煤灰化学成分离析造成的,而SiO2-Al_2O_3-Fe_2O_3三元相图较好地解释了晋城煤煤灰熔融性随粒径变化机理。     

高温气化条件下Na_2O对煤灰中矿物质演化行为的影响

利用XRD和FT-IR考察了高温弱还原气氛下Na_2O对两种硅铝含量不同的煤灰中矿物质组成的影响,揭示了Na_2O影响煤灰熔融特性的本质。通过Fact Sage计算了高温下矿物质反应的ΔG,探讨了Na_2O影响煤灰中矿物质组成的机理。结果表明,Na_2O对煤灰矿物质组成的影响与原煤灰的硅铝含量密切相关。硅铝总含量82.89%的煤灰,Na_2O含量为5%-20%时,钠长石和霞石的生成是煤灰熔融温度降低的主要原因;当Na_2O含量大于20%时,导致煤灰熔融温度降低的原因是霞石的生成。硅铝总含量47.85%的煤灰,Na_2O含量小于10%时,没有含钠矿物质生成;当Na_2O含量大于10%时,主要生成菱硅钙钠石、青金石和含钠的硅铝酸盐矿物,导致煤灰熔融温度降低。Fact Sage计算表明生成含Na矿物质反应的ΔG较小,其在高温下更容易发生。     

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。     

工业高碳富钙型灰对准东混煤结渣特性的影响

结合灰熔融测定、固定床和一维沉降炉实验,详细研究两种工业高碳富钙型灰(除尘灰和烘干灰)分别作为添加剂对高、低钠混煤结渣特性的影响.结果表明,原混煤在取样温度1000℃时已存在大量无定型硅,升高温度这些组分极易诱发低温共融反应.添入5％除尘灰后混煤煤灰的软化温度提高幅度高达100℃,能使混煤煤灰中CaO/SiO2质量比达...     

灰中酸性成分对灰熔融温度的影响

搜集并统计了世界129种典型煤种、城市污水污泥及污泥/煤混烧灰样的灰成分及灰熔融特征温度等相关数据,研究灰中酸性成分SiO2、Al2O3、TiO2和P2O5对灰熔融特性的影响。结果表明,Al2O3是决定灰熔点的主要因素,酸性金属氧化物SiO2、Al2O3和TiO2形成的耐熔矿物质石英、偏高岭石、莫来石、金红石等可提高灰熔点。非金属氧化物P2O5与污泥和污泥/煤的灰熔点FT二次拟合很好且明显降低熔点,污泥灰中P2O5含量显著高于煤灰是导致其熔点明显低于煤的重要原因。     

磷对泥/煤混燃灰熔融特性的影响及矿物相演变规律

采用灰熔点仪、X射线荧光仪(XRF)研究了无机非金属P2O5对城市污水污泥与烟煤的混烧灰熔融特性的影响,利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)研究在各混烧温度下灰中含磷矿物在晶体和非晶体间的演变。结果表明,对于Al_2O_3含量较多且熔点较高的灰样,磷含量的增加可显著降低其灰熔点,P2O5含量在0-4%时影响最大,使其灰熔点降低126℃;但对碱性含量高的灰样的影响较小。低温灰中主要以磷酸铝(AlPO_4)晶体为主,温度升高后,与硬石膏(CaSO_4)等含钙矿物和赤铁矿(Fe_2O_3)反应生成晶体Ca_3(PO_4)_2和玻璃相(Fe_2O_3)_(0.252)(P_2O_5)_(0.748),磷含量增加可使灰中玻璃相(Fe_2O_3)_(0.252)(P_2O_5)_(0.748)增加,是磷降低灰熔点的主要原因。     

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。     

添加剂对高碱煤钠迁移和灰分烧结温度的影响

选取三种不同的添加剂（高岭土、SiO₂和Al₂O₃）,研究它们对高碱准东煤钠迁移和灰分烧结温度的影响,并且添加比例为1%-5%。结果表明,三种添加剂的钠捕集效率依次为：高岭土 > SiO₂ > Al₂O₃。钠捕集效率随着添加比例的增加而升高,但受温度影响比较复杂。高岭土的钠捕集效率在600-1000℃先增加后减小,并在900℃达到最大值,其余两种随温度的升高均减小。准东煤灰的烧结温度为803℃,添加高岭土后,烧结温度随添加比例的增加先降低后上升。当添加比例为3%时,因为钙长石和钙黄长石的低温共熔反应而达到最小值。SiO₂的添加比例为5%时,由于透辉石的生成和SiO₂本身的"骨架"作用,烧结温度迅速升高到879℃。Al₂O₃对烧结温度的影响最小。     

煤和生物质化学链气化中铜基载氧体与灰分的碳热反应研究

从反应温度、灰的种类和灰的比例三个方面,对煤和生物质化学链气化过程中铜基载氧体与灰中矿物的碳热反应过程进行了研究;通过往复切换固定床的氧化还原气氛模拟化学链气化的循环过程,利用XRD和SEM-EDS等表征手段并结合热力学计算对产物进行分析。结果表明,灰中Fe_2O_3和Al_2O_3易与CuO/Cu_2O反应形成CuAl_2O_4、Cu_2Fe_2O_4和CuFe_2O_4等尖晶石结构的物质,而CaO能够通过阻碍Cu-Al和Cu-Si复合化合物的形成来缓解铜基载氧体的烧结。温度升高促使CuO极易与CaSiO_3和MgSiO_3等硅酸盐矿物发生固-固反应,生成CaCuSi_2O_6和CuMgSi_2O_6等而降低铜基载氧体的反应活性。随着灰分比例的增加,Ca~(2+)和Fe~(3+)等离子富集所生成的Ca_2Fe_9O_(13)易与SiO_2发生反应生成高熔点的CaFeSi_2O_6三相共熔体,与铜基载氧体共熔并覆盖在载氧体表面,阻碍其释氧性能。     

高硅煤中Si-Al-Fe-Ca四元体系碳热反应研究

研究了不同温度条件下高硅煤中矿物组成比例下的Si-Al-Fe-Ca多元体系的碳热反应以及其影响因素。通过XRD和FESEM-EDS技术对各还原产物进行分析。结果表明,Fe_2O_3对含硅矿物的碳热反应起促进作用,Fe可以有效提高Si反应活性。CaO在较低温度时与灰中的Al_2O_3和SiO_2反应形成致密的Ca-Al-Si相共熔体CaAl_2Si_2O_8,阻碍含硅矿物碳热反应的进行。随着温度的升高,继续反应生成SiC、CaAl_4O_7和CaSiO_3。热力学模拟计算与实验结果基本吻合。     

晋城粉煤煤灰不均匀熔融规律研究

提出了煤灰不均匀熔融概念,有助于解决灰熔融性测定结果和锅炉实际情况不符的问题。采用山西晋城煤,将其粉磨到工业煤粉细度,通过浮沉分成不同密度级别子样,使用灰锥法测定其在弱还原气氛下的熔融温度,使用压降法测量其烧结温度,采用XRD、XRF、SEM-EDX等分析手段对灰样的不均匀熔融现象进行机理研究。结果表明,晋城煤灰软化温度为1501℃,而不同密度级别子样发生分化,软化温度从1292℃到高于1600℃变化;同样,晋煤煤灰烧结温度为885℃,子样的烧结温度从833到943℃变化。机理研究表明,不同密度级别子样Al₂O₃、Fe₂O₃和SO₃含量发生不均匀分布,是造成煤灰熔融特性和烧结特性差异的根本原因。