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。     

利用CCSEM对煤中矿物特性及其燃烧转化行为的研究

利用计算机控制扫描电镜技术(Computer Controlled Scanning Electron Microscopy,CCSEM)研究了煤中矿物特性及其在燃烧过程中的转化行为.结果表明原煤中矿物主要为粘土和黄铁矿,且主要以外在矿物的形式存在,粒径多在10 μm以上,而内在矿物绝大部分小于10 μm.不同矿物具有不同的粒径分布和内在/外在特性,显示煤中矿物分布的非均一性.煤灰主要由莫来石、铁、钙和钠的铝硅酸盐组成.通过K、Fe、Ca和Na在原煤及其产物所含矿物中的质量分布对比,揭示了它们在燃烧过程中的转化行为.煤灰粒径的变大是矿物颗粒熔融聚合的结果.     

准东煤灰沉积与无机元素迁徙特性研究

本文在一维沉降炉实验系统中进行准东煤燃烧实验,在沉降炉底部不同烟气温度处采用沉积取样探针收集灰样,采用低压撞击器(DLPI)与水冷稀释取样探针收集微细颗粒物,并采用扫描电镜(SEM)与X射线能谱仪(EDS)对灰样及细颗粒物进行分析获得准东煤燃烧过程中灰沉积特性与微细颗粒物形成机理,进而得到Na、Ca及S的迁移规律及其在结渣过程中所起作用。结果表明,准东煤中Na、Ca一共分为两类,一部分Na、Ca与硅铝结合形成硅铝酸盐,在燃烧过程中不可气化;剩余含Na、Ca化合物释放到烟气中并与S结合形成气相Na2SO4与CaSO4。随着烟气温度降低,Na、Ca的硫酸盐一部分在灰颗粒表面凝结,一部分形成气溶胶颗粒直接释放到大气中或发生团聚黏附在灰颗粒表面。     

铝基矿物在钙基固硫过程中的固相反应机理分析

在高温电阻炉中对高硫煤掺入钙铝基添加剂后进行燃烧试验,分析了不同条件下煤中加入添加剂后固硫效率、固硫灰渣的矿物组成及微观形貌的变化特性;综合采用TG-FTIR-XRD研究了化学纯矿物CaO-A12O3-CaSO4体系中硫酸钙的高温热分解过程及产物组成.结果表明,A12O3的加入通过固相反应来影响钙基固硫效率,A12O3对固硫效率的影响并非呈单一性;低温下生成Ca-Al酸盐矿物削弱了固硫反应,而高温下CaSO4与灰中生成的含Ca、Al类矿物反应形成高温固硫物相硫铝酸钙并抑制其分解则提高了钙基固硫效率.     

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。     

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.     

燃煤含铁矿物的迁移转化特性研究

采用场发射扫描电镜结合X射线能谱分析仪(FSEM-EDX)系统研究了燃煤电站静电除尘器下各电场飞灰中磁珠的显微结构和化学组成,并利用热力学软件FACT计算预测了煤中含铁矿物的迁移转化过程．结果表明,外在含铁矿物在燃煤过程中易直接氧化形成结晶程度较好的铁氧化物相;内在含铁矿物与其他矿物在高温下熔合形成含Fe、Al、 Si的复杂的玻璃相,煤中含铁矿物的赋存特征、反应温度和气氛是影响含铁矿物迁移转化的主要因素。燃煤过程中Fe2 中间产物的形成以及Fe-O-S共熔体在炉内的长时间停留是结渣形成的重要原因。     

刚玉床料对高钠煤循环流化床气化中钠迁移转化的影响

选择刚玉作为床料,利用循环流化床对天池木垒煤进行了气化实验研究,研究了刚玉对失流的抑制作用、矿物元素在不同粒径颗粒中分布以及煤中Na经过气化反应后的迁移转化规律。研究结果表明,以刚玉作为床料会降低底渣表面包覆层黏性,避免颗粒聚团导致失流;在刚玉诱导下,煤中Al、Si、Ca、Fe、Na和Mg等绝大多数矿物质元素在底渣和循环灰中富集,并导致物料粒径不断增大;935℃床温下(以刚玉为床料),天池木垒煤中Na在底渣、飞灰和煤气中的分布率分别为39.6%、45.4%和15%,相对于以石英砂为床料的情形,刚玉有效抑制了Na的挥发,降低了尾部沾污发生的机率;在刚玉作用下,固留在底渣中的Na主要以NaAl_(11)17、NaAlSi_2O_6和NaAlSi_3O_8等形式存在,并且刚玉与煤中矿物质元素反应生成的物质具有较高的熔点,避免低温共熔现象发生。     

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.     

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。