高碱煤自身灰捕捉碱金属特性的实验与量化

基于高碱煤自身灰能够捕捉煤中碱金属这一行为特性,模拟实验探究自身灰与高碱煤反应过程的元素迁移及物相变化,结合量子化学计算对煤灰反应矿物质钠长石的反应活性进行研究,进而为实际工业锅炉燃煤控制与改善提供理论指导。结果表明:自身灰对于高碱煤中碱金属元素具有良好的捕捉效果,利用自身灰解决高碱煤沾污结渣问题具有较高的可行性;自身灰捕捉高碱煤中的Na元素主要赋存于霞石、钠长石等矿物质中,不同温度条件下,Na元素的迁移特性不同;煤灰矿物质钠长石的反应活性较高,易与亲电体系反应,其最高占据轨道几乎完全是由氧原子的2p轨道组成,Al-O键的键长较长,更容易发生断裂参与体系成键。     

新疆准东煤脱钠预处理技术的研究

新疆准东煤是一种典型的高钠煤;电厂燃用此煤种时易使锅炉发生炉膛结渣、水冷壁高温腐蚀和烟道沾污等不利于锅炉安全运行情况。为了解决这种潜在的危险情况,根据准东煤的煤质特性和煤中钠的存在形式,采用阳离子交换树脂作催化剂的方法,对准东煤脱钠提质。在不同的实验条件下对准东煤进行洗涤,确定适宜的洗涤温度和时间。使用灰熔点测量仪和扫描电镜,分析煤样的灰熔融特性及微观结构。研究得出,在80℃时6 h的洗涤条件下脱钠最为适宜,钠的脱除率达到80%以上,煤质特性也因此改善提高。     

准东煤掺烧油页岩后矿物质的转化迁移

研究准东煤和油页岩混合燃料在100 MW锅炉燃烧过程中的矿物质演变规律,解决火力发电厂大比例和大规模掺烧准东煤引起的沾污和结渣问题。对现场试验收集的入炉煤、飞灰和炉渣样品进行化学分步萃取、XRD、灰成分等分析。结果表明,在100 MW机组锅炉燃用准东煤掺混15%油页岩的混合燃料,油页岩灰分中镶嵌或者包裹的可燃物燃烧后,炉渣将形成多孔和酥松形态,从炉渣的结构方面缓解准东煤引起的炉膛结渣问题。掺混15%油页岩后,燃烧过程中碱金属和碱土金属基本不挥发,炉渣中Na_2O、MgO、CaO和SO_3的含量较准东煤分别降低了2.07%、3.42%、15.08%和10.5%;飞灰中Na_2O、MgO、CaO和SO_3的含量也较准东煤明显下降。同时炉渣和飞灰中的钠主要为钠长石,钾在掺烧前后都以KAl_2(Si_3Al)O_(10)(OH)_2存在。在炉膛中碱土金属的碳酸盐和硫酸盐分解后,大部分转化为钙黄长石。油页岩通过降低碱金属和碱土金属含量及改变其存在形态,解决了准东煤引起的炉膛结渣和受热面沾污的问题。     

准东煤掺烧油页岩后矿物质的转化迁移研究

研究准东煤和油页岩混合燃料在100 MW锅炉燃烧过程中的矿物质演变规律,解决火力发电厂大比例和大规模掺烧准东煤引起的沾污和结渣问题。对现场试验收集的入炉煤、飞灰和炉渣样品进行化学分步萃取、XRD、灰成分等分析。结果表明,在100 MW机组锅炉燃用准东煤掺混15%油页岩的混合燃料,油页岩灰分中镶嵌或者包裹的可燃物燃烧后,炉渣将形成多孔和酥松形态,从炉渣的结构方面缓解准东煤引起的炉膛结渣问题。掺混15%油页岩后,燃烧过程中碱金属和碱土金属基本不挥发,炉渣中Na_2O、MgO、CaO和SO_3的含量较准东煤分别降低了2.07%、3.42%、15.08%和10.5%;飞灰中Na_2O、MgO、CaO和SO_3的含量也较准东煤明显下降。同时炉渣和飞灰中的钠主要为钠长石,钾在掺烧前后都以KAl_2(Si_3Al)O_(10)(OH)_2存在。在炉膛中碱土金属的碳酸盐和硫酸盐分解后,大部分转化为钙黄长石。油页岩通过降低碱金属和碱土金属含量及改变其存在形态,解决了准东煤引起的炉膛结渣和受热面沾污的问题。     

玉米芯生物质灰的物理化学特性

采用X射线荧光光谱、X射线衍射、扫描电镜、粒度分析等实验方法研究了不同灰化温度(600℃和815℃)下制得的玉米芯灰的理化特性.利用马弗炉灼烧实验考察了灰化温度和保温时间对灰分量的影响,并通过扫描电镜-能谱联用技术对生物质气化站现场采集的玉米芯灰的灰成分和灰形态进行了分析.研究发现,灰化温度对灰粒度、灰分量、灰成分、灰形态和物相变化均有明显影响,但对积灰结渣特性影响不明显;灰的主要组成元素为钾和氯,玉米芯热解气化排放钾的主要形式是氯化钾;灰表面的形态各异,600℃灰化时形成絮状的大颗粒,815℃时灰表面发生软化熔融,絮状物减少.该研究可为生物质燃料经热化学转化后的燃气净化及生物质灰的综合利用提供指导.     

水洗对准东煤煤质特性影响的实验研究

针对准东煤由于灰中Na含量过高,燃用中会出现严重的积灰问题,在对准东煤中碱金属赋存形态进行研究的基础上,着重研究了水洗温度和时间对准东煤Na脱除量及热解燃烧特性的影响。研究表明,3种典型的准东煤中Na主要以水溶形式存在,水洗可以有效脱除Na,且脱除量与水洗温度和时间密切相关。水洗后煤热解特性指数减小,20、40℃水洗使热解提前,焦炭产量增加,挥发分产量减少,而60℃水洗则相反。水洗使燃烧TG、DTG(热质量损失、热质量损失率)曲线向高温区偏移,燃尽温度和最大燃烧温度升高,最大燃烧速率减小,燃尽时间延长,燃烧特性变差。动力学分析表明,水洗使煤热解第一、三阶段表观活化能减小,第二阶段表观活化能增大,使燃烧表观活化能、指前因子和燃烧反应速率常数减小。Na对煤样热解燃烧存在催化作用,且存在最佳Na含量使催化作用最强。     

XRF校正曲线法直接测定煤中灰分元素

煤中灰分大部分来源于煤中的矿物质,煤在燃烧时矿物质大部分被氧化、分解,并失去结晶水;因此高温灰化后的煤灰组成和含量与煤中矿物质的组成和含量差别较大;找出两者之间的对应关系或建立经验公式,就可以利用煤灰标样直接测定煤的灰分。本次实验通过人工混配方法建立煤炭／煤灰系列标样库,在煤样未经高温／低温灰化预处理的前提下,用x射线荧光光谱分析（XRF）校正曲线精确定量直接测定煤中灰分的化学元素组成。     

玉米秸秆燃烧灰分中矿物演变及灰熔融特性

为研究生物质燃烧过程中矿物演变及灰熔融特性,对玉米秸秆进行热重(thermogravity,TG)及灰熔融烧结实验,并对在600、700、800、900℃下制备的玉米秸秆的灰样进行X射线荧光、X射线衍射分析.结果表明:玉米秸秆在293℃和450℃失重明显,失重率分别为33%和79%;600℃时基本燃烧完全;钾、钠及氯元素因其易挥发特性,随着温度的升高其含量逐渐下降,碱土金属元素含量随温度的升高而增加,氯化物随着温度的升高而逐渐挥发,碱土金属物质主要生成硫酸盐、硅酸盐及硅酸铝盐类化合物.     

矿物质对SO2释放的影响及钙的固硫机理

为了开发高效燃烧脱硫技术，通过热质量／选出气体分析实验研究了煤中矿物质对煤燃烧中SO2释放的影响以及钙的固硫机理，研究结果表明：脱灰后SO2的释放曲线由原煤的双峰变成单峰；Ca的添加能够促进煤中硫在低温下释放，但不同形态钙的固硫效果不同；脱灰煤中添加CaSO4后SO2的释放曲线又恢复为双峰，CaSO4没有固硫效果；添加CaCO3和CaO后SO2的生成会有明显减少，且CaO的固硫效果要比CaCO3显著．基于这个实验结果，提出了程序升温燃烧条件下煤中的矿物质对SO2释放影响所遵循的吸附-解吸附机理，以及钙基固硫剂固硫所遵循的吸附-解吸附／氧化机理。     

添加剂对准东煤灰熔融特性影响的研究

以四种典型的准东煤为煤样,利用SiO₂-CaO-Al₂O₃三元系统相图分析了准东煤结渣倾向性的变化,并采用灰熔融温度测试仪研究煤灰化学成分和灰熔融性的关系,寻求提高准东煤灰熔融温度的方法。结果表明,根据三元相图的灰熔融性趋势,添加适量的氧化物添加剂可以提高煤灰的熔融温度,实验中神华煤添加5%的CaO,5% Al₂O₃的可以显著的提高煤灰熔融温度。研究结果为准东煤在实际工业应用提供理论依据。     

抚顺煤热解过程中N2生成的实验研究

利用固定床反应器在600~1 300℃范围内进行抚顺煤的热解实验,研究了热解过程中燃料N向N2的转化,以及脱除矿物质元素和添加催化剂对N2生成的影响.升温速率是20℃/min,热解载气为高纯He,热解产生的N2用气相色谱方法定量分析.实验结果表明,抚顺原煤在600℃热解时N2生成量很少,不足10%.随着热解温度的进一步升高,煤中N向N2的转化率几乎呈线性增长.N2的来源一是直接从煤的大分子结构中释放,二是由矿物质元素与燃料氮之间的固相反应产生.抚顺煤脱除矿物质后热解时,N2的生成量明显减少.Ti、Na、K、Fe、Ca类矿物质元素的加入不同程度地促进了N2生成,而且其作用温度区间各不相同.     

矿物质对小龙潭褐煤气化反应性的影响

对小龙潭褐煤进行酸洗、低温灰化和离子交换法处理,在热重上研究矿物质对煤气化反应性的影响.实验结果显示:酸洗使煤的比表面积、孔表面积和孔体积增大;随着气化反应的进行,煤中含碳物质不断消耗,煤中的铁发生团聚现象,降低气化反应性;过多的矿物质会抑制气化反应,阻碍气体产物的释放;Na以羧酸盐形式存在时促进煤的气化反应,以硅酸盐形式存在时无催化作用.     

淖毛湖煤热解过程中碱金属的迁移转化特性

基于Na,K盐含量控制对新疆低变质煤热解炼制油气品质的重要作用,通过建立固定床热解实验台,考察了淖毛湖煤在还原性气氛下热解温度对碱金属的迁移转化特性的影响。研究结果表明,淖毛湖原煤中Na主要以水溶态形式存在,K主要以不溶态形式存在。随着热解温度的升高,半焦收率呈先快速降低后缓慢降低的趋势,焦油收率呈先升高后降低的趋势。当热解温度低于600℃时,随着热解温度的升高,水溶Na向不溶Na转变;但当热解温度高于600℃时,不溶Na开始向水溶Na转化。在低温条件下,煤中的不溶K大量释放,酸溶K含量呈上升趋势;当温度高于600℃时,不溶K含量的下降速率减慢,水溶K含量增加。此外,热解释放的Na,K主要存在于焦油中,气体中含量相对较少。     

生物质灰对铁矿石载氧体性能的影响

在小型固定床上以铁矿石为载氧体、CO为燃料,进行了化学链燃烧试验.通过在铁矿石中加入生物质灰,探讨了生物质灰的种类(玉米秆灰、油菜秆灰和稻草灰)、灰的添加量(5%~20%)及灰中碱金属对铁矿石载氧体反应活性的影响.试验结果表明:生物质灰中无机组分不同,对铁矿石载氧体反应活性的影响也不同.由于玉米秆灰和油菜秆灰中碱金属K含量较高,高温下K以气态形式迁移到铁矿石表面,生成了K3Fe O2,从而提高了铁矿石的还原反应活性.稻草灰中Si含量很高,高温下碱金属K及Fe O与铁矿石反应,生成低熔点共晶体,加剧了铁矿石表面的烧结,减少了气固反应的接触面积,导致CO总转化率急剧下降.     

原始赋存水分对煤自燃过程的影响及作用机制研究

通过干燥处理褐煤原煤,制备出不同含水量的褐煤煤样,用程序升温氧化装置实现煤自燃过程模拟,利用原位傅里叶红外变换光谱仪测定煤自燃过程中氧化煤样活性官能团的变化,同时利用氮吸附仪和热分析仪表征煤自燃过程中微观比表面积和质量的变化规律,探讨原始赋存水分对煤自燃过程影响作用机制。原始赋存水分对煤自燃过程的作用机制主要表现在4个阶段:在缓慢氧化阶段,外来水分对煤氧化主要起到了物理抑制作用,外来水分的持续挥发引起煤体质量与羟基和羧酸组分含量的降低;在加速氧化阶段,煤中水分直接参与反应,对煤氧化起到化学促进作用,羧基类化合物含量开始显著增长,原始赋存水分对煤氧化的抑制作用逐渐减小;在快速氧化阶段,煤体原始赋存水分基本脱除,内在水分脱除过程中煤体孔隙结构持续坍塌碎裂,产生新活性点位,对煤氧化反应过程表现出延迟促进效应,内在水分主要作用于中间络合物生成和分解以及气体的释放;当煤体温度达到180℃后,原始赋存水分参与和影响煤氧化反应过程效果微弱,煤体自燃特征趋于一致。     

茂名油页岩燃烧析硫的本征动力学和机理

将油页岩通过酸处理和低温灰化，获得高纯度的有机质和矿物质，利用程序升温装置与二氧化硫在线分析仪．在升温速率为５℃／ｍｉｎ的条件下，分别研究了在燃烧过程中茂名油页岩及其有机质与矿物质释放二氧化硫的本征动力学．结果表明，有机硫释放二氧化硫的温度范围为２１０～４７０℃，并按两段处理得到了其动力学参数．黄铁矿硫释放二氧化硫的温度范围为２９０～５１０℃．文中对油页岩中硫的燃烧转化机理进行了初步的探讨．     

弱还原气氛下淮南煤灰矿物质特性研究

对淮南煤在弱还原气氛下的矿物质特性进行实验研究,用X-射线衍射和红外光谱分析不同温度下煤灰矿物组成变化。结果表明：淮南煤中主要晶体矿物有高岭石、石英、方解石、黄铁矿等,高岭石类矿物含量越高,煤灰熔点越高;方解石和黄铁矿含量越高,煤灰熔点越低。煤灰中主要晶体矿物有石英、硬石膏、赤铁矿等,硬石膏和赤铁矿含量越高煤灰熔点越低。随着温度的升高,煤灰中石英、硬石膏、赤铁矿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淮南煤灰熔点高的主要原因,钙长石起到降低灰熔点的作用。     

等离子体氧低温灰化仪的试制及应用

根据低温等离子体氧氧化的基本原理及文献资料,自行设计研制了一套能用于固体燃料低温灰化的等离子体氧低温灰化仪。实验结果表明,仪器的性能良好。在氧流速为 50mL/min,真空度小于 0.26kPa,高频发生器输出50W时,该仪器可对煤或油页岩试样进行正常的低温灰化。灰化时间与灰化后的残留有机碳达到国外同类仪器工作的水平。对仪器的氧化反应器与真空系统的接口作了新的设计,使气体中残余的等离子体氧充分复合为分子态,保证了仪器的长期安全操作。该仪器可用于测定煤和油页岩矿物质的含量;还可用于直接测定油页岩中有机质的氢碳比。     

灰化温度和热解气氛对污泥灰热力学特性的影响

通过对污泥灰样微观形貌、化学组成、矿物质转化、热力学特性以及加热过程中潜在的物理化学变化进行分析和探讨,获得了灰化温度以及热解气氛等对污泥灰样理化特性及热力学特性的影响规律。实验结果表明,污泥灰样呈典型的多孔特性,在热处理过程中易发生变形、烧结和熔融。灰样的主要化学成分为SiO_2、Al_2O_3、P_2O_5、CaO、Fe_2O_3和MgO,并以石英、硬石膏、白磷钙石、磷酸钙、磷酸铁钙、硅线石以及钙长石等矿物质形式存在。污泥灰样中的含磷矿物质及其转化过程对污泥灰矿物质演变和热力学特性影响显著,过量的磷酸盐离子会优先结合硬石膏中原本与硫酸根离子结合的钙离子,形成高熔点的白磷钙石和易分解的硫酸铝,从而导致硬石膏的分解并以SO_2或SO_3的形式释放S元素。同步热分析实验表明,污泥灰样A在空气气氛条件下经历了4个热力过程,分别为外在水分蒸发,白云母脱羟基和结晶水析出,白云石、方解石和白云母分解以及矿物质熔融和硬石膏分解,而污泥灰样B则表现为3个热力过程,分别为外在水分蒸发,以晶体转化、非晶体或无定形物质形成为主的微质量损失过程以及硬石膏分解和气相产物释放。灰样在氮气气氛中的热力学特性与空气气氛中相似,但总质量损失低于空气气氛中的总质量损失。     

背散射成像及能谱分析在细粒煤流化床分选中的应用

对细粒煤进行气固流化床分选实验,并利用扫描电子显微镜背散射电子成像(BSE)和能谱仪(EDX)元素面分布技术对分选结果进行分析,探索该技术在评价细粒煤气固流化床分选效果中应用的可行性.结果表明,根据不同元素背散射系数差异,背散射电子图像可以很好地区分出各分选产物中的煤与其他无机矿物质组分,元素面分布定性和定量分析也可有效判断无机质元素的赋存状态,两者的联合使用,可快速有效地评价分选结果.