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。     

长治煤与生物质混合灰熔融特性研究

采用灰熔点测定仪、X射线荧光仪、X射线衍射仪和FactSage软件相结合对生物质（花生壳、稻壳）与高灰熔点长治煤混合灰的熔融特性及其熔融机制进行了研究。结果表明,两种生物质灰都可以降低长治煤的灰熔融温度,花生壳灰助熔效果优于稻壳灰,这主要与它们的化学组成和赋存形态有关。低熔点长石类矿物（钙长石、钠长石）和白榴石的生成是花生壳与长治煤混合灰熔融温度降低的主要原因;长石类矿物的生成及其与SiO₂结合生成的低温共熔物引起稻壳与长治煤混合灰熔融温度降低。热力学计算表明,在碱性氧化物Na₂O、CaO、K₂O存在时,SiO₂和Al₂O₃优先与其反应生成低熔点硅铝酸盐,一定程度上抑制了高熔点莫来石矿物的生成,从而起到助熔作用。混合灰的熔融过程可以分为含钾矿物熔融和含钙矿物熔融两个阶段,两类矿物熔融顺序：含钾矿物先于含钙矿物。     

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。     

Mg2+和Na+对高熔点煤灰熔融性的影响

以山西阳泉固庄高熔点煤灰为研究对象,通过向煤灰中添加不同量的MgO与Na₂CO₃,研究了Mg²⁺与Na⁺在高温下对煤灰熔融性的影响。研究结果表明,煤灰熔融温度随氧化镁的添加(5%~25%)单调下降;而随氧化钠添加(5%~25%)出现先降后升现象,在氧化钠添加量为15% 时,灰熔点达到最低。XRD分析表明,阳泉固庄煤灰熔融温度高(大于1 750℃)的原因是高温条件下耐熔矿物莫来石、方英石的存在。添加外加剂后,高温时外加剂与硅酸盐矿物反应,生成了更多的低共熔矿物霞石、堇青石等。同时,Mg²⁺和Na⁺的加入会使得非桥氧数量增多,高温煤灰低聚物增多,降低了煤灰的熔融温度。通过三元相图以及SEM分析,高温条件下煤灰中部分元素的富集以及团聚现象是导致Mg²⁺和Na⁺对煤灰熔融温度影响不同的原因。     

长治煤与生物质混合灰熔融特性研究

采用灰熔点测定仪、X射线荧光仪、X射线衍射仪和Fact Sage软件相结合对生物质(花生壳、稻壳)与高灰熔点长治煤混合灰的熔融特性及其熔融机制进行了研究。结果表明,两种生物质灰都可以降低长治煤的灰熔融温度,花生壳灰助熔效果优于稻壳灰,这主要与它们的化学组成和赋存形态有关。低熔点长石类矿物(钙长石、钠长石)和白榴石的生成是花生壳与长治煤混合灰熔融温度降低的主要原因;长石类矿物的生成及其与SiO_2结合生成的低温共熔物引起稻壳与长治煤混合灰熔融温度降低。热力学计算表明,在碱性氧化物Na_2O、CaO、K_2O存在时,SiO_2和Al_2O_3优先与其反应生成低熔点硅铝酸盐,一定程度上抑制了高熔点莫来石矿物的生成,从而起到助熔作用。混合灰的熔融过程可以分为含钾矿物熔融和含钙矿物熔融两个阶段,两类矿物熔融顺序:含钾矿物先于含钙矿物。     

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。     

配煤灰渣中矿物质在高温中转变的定量分析及其对结渣的影响

利用沉降炉系统对榆林和平朔的配煤进行结渣特性实验,测定不同实验温度下煤的结渣指数,并利用X射线衍射分析(XRD)对灰渣中矿物质组成进行了定量分析。结果表明,灰渣中主要存在四种结晶矿物质分别为氧化铁、钙长石、莫来石、氧化硅,以及无定形的玻璃体。其中,灰中氧化铁含量和灰渣中钙长石、莫来石含量对燃煤的结渣倾向性起显著性影响;灰中氧化铁和灰渣中钙长石含量越高、灰渣中的莫来石含量越低,煤燃烧的结渣倾向性越大。通过配煤可以降低煤灰中的氧化铁含量,并降低灰渣中的钙长石生成量和提高灰渣中的莫来石生成量,从而显著降低神木类煤的结渣倾向性。     

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。     

Quantitative analysis of minerals of blended coal ash at high temperature and its influence on slagging

利用沉降炉系统对榆林和平朔的配煤进行结渣特性实验,测定不同实验温度下煤的结渣指数,并利用X射线衍射分析(XRD)对灰渣中矿物质组成进行了定量分析.结果表明,灰渣中主要存在四种结晶矿物质分别为氧化铁、钙长石、莫来石、氧化硅,以及无定形的玻璃体.其中,灰中氧化铁含量和灰渣中钙长石、莫来石含量对燃煤的结渣倾向性起显著性影响;灰中氧化铁和灰渣中钙长石含量越高、灰渣中的莫来石含量越低,煤燃烧的结渣倾向性越大.通过配煤可以降低煤灰中的氧化铁含量,并降低灰渣中的钙长石生成量和提高灰渣中的莫来石生成量,从而显著降低神木类煤的结渣倾向性.     

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。     

CaO含量对高钠煤灰熔融特性的影响

为研究CaO含量对高钠煤灰熔融特性的影响,配制了不同CaO含量的高钠合成灰并对灰熔融温度(AFTs)进行了测试,利用Fact Sage 7.0提供的热力学数据库对灰熔融过程进行了模拟,分析不同CaO含量的高钠合成灰的矿物质变化,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对合成灰的矿物质组成及微观形貌进行了研究。结果表明,随着CaO含量的增加,灰熔融温度先降低后提高。添加CaO同时影响含钙矿物质与含钠矿物质的存在形式与相对含量。在1 000℃下,含钙矿物质由钙长石依次转化为钙铁榴石、硅灰石、钙黄长石、硅钙石和原硅酸钙,含钠矿物质由钠长石转化为霞石。二元相图和似三元相图的结果表明,液相线温度随CaO含量的变化趋势与灰熔融温度相同。对本研究中的煤种,当CaO含量高于40%时,可以有效提高灰熔融温度。     

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.     

工业、生活污泥与煤混合燃烧的灰熔特性研究

针对煤粉锅炉掺烧污泥后污泥对混合燃料灰熔特性的影响行为,利用矿物三元相图、XRD等分析手段,研究了不同特性污泥(生活污泥、工业污泥)与煤掺混燃烧过程中不同矿物组分的相互作用机制及灰渣的灰熔融特性变化特征。结果表明,三元相图能够有效预测煤和污泥掺混后灰熔融温度的变化趋势;低含量的氧化铁形成低温共熔体以及透辉石、钙长石会降低煤和污泥混合后的灰熔融温度;而钙镁橄榄石、莫来石和单体形式存在的氧化铁能提高煤和污泥混合后的灰熔融温度。工业污泥中的高硫组分在混烧过程中易形成硫酸盐的低温共融体。生活污泥中磷对灰熔点的影响与氧化铝及碱金属的比例有关,当氧化铝的含量占主要成分时,磷的存在趋向于降低灰熔点,而当碱金属占主要成分时,磷的存在趋向于提高灰熔点。     

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。     

添加硼砂助熔剂煤灰熔融性的量子化学与实验研究

将硼砂按不同比例分别掺入四种高灰熔点煤灰中,对混合灰样熔融特性进行实验研究。 采用密度泛函理论对熔融过程中作为反应物的莫来石反应活性进行计算。莫来石属于正交晶系Pbam空间群。计算结果表明,莫来石很容易与电子接受体结合,不容易与电子给予体结合。当莫来石与电子给予体结合时,Si原子的活性高于Al。因此,向莫来石中加入助熔剂硼砂时,硼砂中的Na＋作为电子接受体,非常容易进入莫来石的晶格中,促使莫来石转变为霞石,降低了灰熔融温度。在还原性气氛下,煤灰熔融特性实验证实了理论计算结果。