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准东煤燃烧过程中钠的分布规律

祁超  
【摘要】:化石燃料是长期以来工业生产的基础,我国石油和天然气储量相对较少而原煤储存量较大,煤炭对我国的工业生产、社会经济发展具有重要的意义。近些年探明的准东煤田具有丰富的储量(储量近4000亿吨),是优良的工业动力用煤,为我国原煤供应量的稳定做出了重要的贡献。然而准东煤中钠含量较高,一方面,过高的钠含量会使煤在燃烧过程中挥发出大量的含钠物质,同时气相含钠物质会与烟气中其他物质反应生成新的碱金属盐,随着烟气温度下降最终会在锅炉受热面上形成沉积的氯化钠、硫酸钠等含钠物质,进一步捕获飞灰发生严重的沾污现象。另一方面准东煤中过高的的钠含量会使灰渣中形成更多的含钠矿物质,部分含钠矿物质熔点较低,部分则是诱导煤灰体系中发生低温共熔现象的重要物质,使灰熔点降低。因此对燃用高碱煤过程中含钠物质的分布规律进行研究,对于解决准东煤燃烧过程中出现的严重沾污结渣现象具有一定的参考意义。本文通过热力学平衡计算、化学反应动力学计算、实验等手段对燃用高碱煤过程中气相含钠物质在烟气中以及固相含钠物质在灰渣中的赋存和迁移等分布规律进行了研究。通过热力学平衡计算研究了,不同工况烟气中气相含钠物质的分布规律及影响因素,结果表明在中温区域含钠物质的主要存在形式为NaCl、Na2S0_4、NaHS0_4,而在在高温区域含钠物质的主要存在形式为NaCl;高碱煤燃烧过程中析出的水溶性含钠物质NaCl会在含硫物质的作用下进行硫酸化生成含钠硫酸盐;在中温区域硫酸化比例最高,随着温度的增加硫酸化比例逐渐下降;烟气过量空气系数的增加、SO_2浓度的提高、H_20含量的增多均能够在一定程度上促进硫酸化的比例。使用化学反应动力学理论对不同工况下,烟气中NaCl析出后硫酸化的过程进行计算,并使用生成速率(ROP)分析法对体系中各基元反应进行了分析。结果表明,高碱煤燃烧过程中析出的气相NaCl主要是通过生成NaHS0_4和NaS0_4两种前躯体物质进行硫酸化,两种硫酸钠前躯体物质均可通过多个途径生成;增加过量空气系数、煤种含硫量、煤种水分含量对NaCl的硫酸化过程均有一定的促进作用,而增加烟气温度则会较大幅度降低NaCl的硫酸化比例。使用实验手段配制了不同Na_2O质量分数的高碱煤合成灰并在管式炉中进行加热,使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对合成灰的矿物质组成以及微观形貌进行了检测和观察。结果表明:随着Na2_0质量分数的增加,灰中含钠物质逐渐由钠长石转化为霞石,含钙物质逐渐由钙长石转化为硅灰石和钙黄长石;霞石、硅灰石、钙黄长石等矿物质形成的低温共熔体会使体系中产生大量液相降低灰熔点;SEM结果表明随着钠质量分数的增加灰颗粒间孔隙不断减少,表面由粗糙疏松变得光滑致密,说明灰中Na_2O的增加促进了体系中熔融相的产生,增加煤灰结渣性。


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