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高硅铝含量煤灰熔融及黏温特性改善研究

王大川  
【摘要】:高温条件下煤灰的熔融和黏温特性对气流床气化炉安全、稳定运行的影响至关重要,同时也是煤种选择的重要参考指标。针对高硅铝含量的煤灰其熔融温度较高的情况,通过采用添加助熔剂及配煤方法,可以改善此类劣质煤煤灰的高温流动特性,满足气化炉运行要求。本论文利用智能灰熔点测试仪、高温旋转黏度计、马弗炉、高温加热炉、热力学计算软件FactSage、X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪,对我国典型的高灰熔点、高灰含量原煤的熔融及黏温特性进行系统研究。详细考察不同助熔剂添加量及不同混煤比对高硅铝含量煤灰熔融特性以及高温黏度的影响;研究了高温下煤灰成分的物相反应及其产物,分析了添加助熔剂及与不同煤质混配对高硅铝含量煤灰高温流动性的影响机理;考察了典型气化煤种在高温下的流变特性,并研究了高温物相组成对熔渣流型的影响。具体内容包括:(1)研究了 CaCO_3、Fe_2O_3、复合助熔剂(CaCO_3/Fe_2O_3)、白云石和典型铁矿石(原矿粉、炼铁后矿渣和洗选后铁渣)等类型助熔剂对高硅铝含量煤灰熔融温度的影响。基于Factsage热力学软件,分析了添加助熔剂后煤灰样品的液相线温度和不同温度下矿物质组成,利用X射线衍射仪测定了高温下煤灰中矿物质的转化。研究表明:采用钙基或铁基类助熔剂均能有效降低煤灰熔融温度,添加含钙类助熔剂能使煤灰中矿物质成分由莫来石转变为熔点更低的堇青石、钙长石和钙黄长石;添加含铁类助熔剂能使煤灰中含液率增加,降低煤灰熔融温度;复合助熔剂和Fe_2O_3对煤灰的助熔效果最好,而铁矿石可以有效改善煤灰的熔融温度,铁矿石类助熔剂的助熔效果依次为:原矿粉炼铁后矿渣洗选后铁渣。(2)研究了添加CaCO_3助熔剂对高硅铝含量煤灰的黏温特性的影响。基于热力学软件Factsage计算了煤灰降温过程中析出的矿物质类型和含量对煤灰黏温特性的影响机理。研究表明:CaCO_3可较好地改善煤灰黏温特性,随着CaCO_3添加量的增大,黏温曲线类型由晶体渣逐渐转变为玻璃体渣;CaCO_3的加入使熔渣中的SiO_2及Al_2O_3网格结构发生解聚,降低熔渣中网格的结构强度,熔融煤灰在降温过程中析出的矿物质由莫来石转变为钙长石,从而改善液态熔渣的流动性,降低高温下的熔渣黏度。(3)研究了混配煤对高硅铝含量煤灰熔融特性及黏温特性的影响。针对不同类型的配煤,使用Factsage软件计算分析了不同温度下混配煤灰中矿物质种类及其含量,并利用X射线衍射仪验证了熔渣在高温下的矿物质类型。研究表明:混配煤比例对配煤灰的熔融温度影响较小,但对煤灰的黏温曲线形态影响较大,特别是在临界黏度温度附近区域,配煤比例影响了降温过程中析出晶体的种类,造成配煤灰的黏温特性差异显著。(4)研究了典型气化煤种在弱还原性气氛下的高温流变特性。使用热力学计算方法,揭示了降温过程中析出晶体对煤灰流变性的影响机理。研究表明:当温度高于煤灰全液相温度时,煤灰流变性均表现为牛顿型流体;随着温度转件,析出晶体,煤灰流变性转变为胀塑性流体或假塑性流体;降温过程中,熔渣中析出的晶体种类对煤灰高温流变性有较大影响,具体变现为当熔渣中首先析出莫来石时,煤灰呈现牛顿流体形态,而熔渣中首先析出钙长石时,煤灰则呈现非牛顿流体形态。


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