铁钙比对煤灰熔融特性的影响.pdf

第 卷第 期 年 月 应 用 化 工 收稿日期 修改稿日期 基金项目 国家自然科学基金项目 作者简介 赵瑞 女 安徽阜阳人 安徽理工大学硕士研究生 师从李寒旭教授 主要从事洁净煤技术方面的研 究 电话 铁钙比对煤灰熔融特性的影响 赵瑞 李寒旭 钱宁波 刘铭 潘宗林 安徽理工大学 化学工程学院 安徽 淮南 摘 要 在灰中铁钙比 的刘一煤中添加 和还原铁粉 调节灰中铁钙比 考察铁钙比对煤灰 熔融温度及渣样矿物组成的影响 结果表明 随铁钙比的增大 煤灰熔融温度逐渐降低 铁钙比 时 煤灰流动 温度 增大铁钙比 莫来石的生成受到了抑制 钙长石在高温下依然存在 含铁矿物进入低温共融矿物群 的数量增大 显著降低灰熔融温度 降低铁钙比 高温下生成大量的高熔点矿物钙黄长石 导致灰熔融温度较高 关键词 灰熔融温度 铁钙比 弱还原气氛 熔渣矿物组成 中图分类号 文献标识码 文章编号 气流床煤气化技术因具有煤种适应性广 操作 压力和温度高 碳转化率高 生产强度和规模大等特 点 在国内外得到广泛应用 目前采用水冷壁衬 里的气流床气化炉 其核心思想是 以渣抗渣 煤 气化过程中 炉内煤灰的熔融相变过程及矿物质转 化规律 即煤灰的熔融特性是导致炉内发生受热面 结渣的主要内因 为了保证气化炉顺利排渣及 正常运行 专家学者在煤中添加一些助剂来改善气 化过程中煤灰的熔融特性 如陆宏权等 通过不同 的实验方法和分析手段 得出无论外加钙基助熔剂 还是煤灰本身的 含量较高 都可以使灰熔融温 度降低 这是由于此类煤灰在高温弱还原气氛下生 成了许多灰低熔融温度的矿物 如钙长石 这些物 质的生成抑制了莫来石的增加 从而降低了灰熔融 温度 陆宏权发现煤灰的熔融温度随助熔剂添加量 的增加 分别呈现先升后降 先降后升 先降后升再 降的 种不同变化的趋势 李继炳等 运用不同 分析测试手段 从不同的角度得出相似的结论 外加 的铁基助熔剂或煤灰中的铁系矿物 在高温下与煤 灰中其他铝硅酸盐矿物发生反应 生成低温共熔铁 系化合物 如铁橄榄石 铁尖晶石等铁系化合物 从 而降低了煤灰熔融温度 虽然有许多专家学者研究了钙基和铁基助熔剂 对煤灰熔融温度的影响 但在铁钙比对灰熔融温度 影响方面的研究较少 因此有必要在这方面做一些 深入的探讨 有助于煤灰熔融温度的快速评估 从而 第 期赵瑞等 铁钙比对煤灰熔融特性的影响 为工业实践和实验设计提供理论指导 实验部分 原料与仪器 刘一煤 工业分析 元素分析 发热量和灰成分 灰熔融温度分析 等 见表 表 还原铁粉 碳酸钙均为 分析纯 表 样品的工业分析 元素分析和发热量 煤样名称 工业分析 元素分析 发热量 刘一煤 表 刘一煤灰化学组成和灰熔融温度 灰样名称 煤灰组成 煤灰熔融温度 刘一煤 电热恒温鼓风干燥箱 型智能灰熔点 测试仪 型多晶 射线粉末衍射仪 高温管式炉 高温渣样的制备 由表 可知 刘一煤属于低铁低钙 高硅中铝煤 样 在 份 粉 煤 中 分 别 单 独 添 加 和 还原铁粉 铁粉相当于 将煤灰的铁钙 比调整为 和 根据国标 把不同铁钙比的混合煤样制成 灰样 然后称 取 煤灰制成灰柱 置于高温管式炉的 恒温 区 通 弱 还 原 性 气 氛 气 体 流 量 控 制 在 温度升到设定温度后保温 关 闭还原性气氛 用 吹扫 吹扫结束后迅速 取出样品 用去离子水淬冷 将淬冷渣样干燥 研钵研磨至 目以下 制得渣样 灰渣矿物组成分析 晶体矿物定量相分析有多种方法 本文采用 值法 进行分析计算 式中 相在被测试样中的质量百分数 比例常数 与待测 相及内标物质相 的密度和衍射角有关 待测试样加入内标物质后 相的衍射 线强度 待测试样加入内标物质后 内标物质 相的衍射线强度 内标物质在复合试样中的质量百分 数 结果与讨论 样品的灰熔融温度 不同铁钙比灰样的灰熔融温度分析结果见 表 表 不同铁钙比灰样的灰熔融温度实验 灰样铁钙比 温度 原煤灰 由表 可知 铁钙比为 时 半球温度 说明降低铁钙比可以使灰熔融温度降低 但流动温度依然 随着铁钙比的增大 刘 一煤的灰熔融温度有明显降低 下面通过不同铁钙 比渣样的 分析来探讨灰熔融温度发生上述变 化的原因 不同铁钙比渣样的 对上述制得的同一温度下不同铁钙比的淬冷渣 样进行 分析 结果见图 和表 应用化工第 卷 图 不同温度下不同铁钙比灰渣 图 由表 和图 可知 当铁钙比高于原煤灰的铁 钙比时 钙黄长石衍射峰强度降低 熔渣中未检测出 钙长石 而灰渣中出现助熔矿物镁铁尖晶石 且其相 对含量并随铁钙比的增大而增大 莫来石衍射峰的 强度降低 且其相对含量减少 即增大铁钙比抑制了 莫来石的生成 衍射峰强度减弱 且被还原为 其他含铁矿物 当降低铁钙比时 熔渣中的钙黄长石 和钙长石相对含量均增大 且后者增大的幅度较大 而莫来石的相对含量降低 表 灰渣矿物组成半定量结果 温度 铁钙比 矿物组成 石英钙长石钙黄长石 莫来石 注 表示该项不存在或限于 仪器灵敏度未检测到该物相 第 期赵瑞等 铁钙比对煤灰熔融特性的影响 由表 和图 可知 增大铁钙比时 熔渣中矿 物莫来石和 与其处于 有相似的规律 而当铁钙比为 时 熔渣中开始检测出钙长石 而 在铁钙比为 时未检出 降低铁钙比时 熔渣的晶 体矿物组成变化规律与 相似 由表 和图 可知 增大铁钙比 熔渣均检测 出钙长石 且其衍射峰均比 强 随着铁钙比 的增大 钙长石的相对含量随之增大 钙黄长石衍射 峰消失的温度点随之提前 熔渣中矿物莫来石和 与其处于 有相似的变化规律 降低铁 钙比 石英衍射峰消失 其它矿物变化与 的相 似 由表 和图 可知 增大铁钙比 钙黄长石衍 射峰均消失 当铁钙比为 时 矿物组成仅有钙黄 长石被检测出来 由于其熔点较高 流动温度 由表 和图 可知 铁钙比增大到 时 石 英 钙黄长石和镁铁氧化物均消失 说明灰渣 进入低温共熔状态 以及随着铁钙比的增大 被还原为其他含铁矿物或进入低温共融矿物群的数 量多 从而导致其衍射峰消失 故增大铁钙比可以降 低刘一煤灰的灰熔融温度 由上可知 增大铁钙比 高温下熔渣的矿物组成 中铁系矿物种类及其含量增多 随着温度的升高 莫 来石的生成受到不同程度的抑制 当铁钙比为 时 随着温度的升高 钙黄长石的衍射峰强度变弱 且消失的温度点提前 部分铁系矿物的衍射峰在 时消失 说明此时熔渣进入了低温熔融状 态 导致熔融温度降低 铁钙比降低到 时 高温 下熔渣矿物组成以含钙矿物为主 在高温下 易 于其他矿物生成低温共熔物 从而降低刘一煤灰的 熔融温度 随着温度升高 由于 的含量超过某 一定值 熔渣中生成大量的高熔点矿物钙黄长石 从 而导致煤灰熔融温度 结论 刘一煤灰在高温弱还原气氛下 随着温度的升 高 其矿物组成向耐熔矿物莫来石 石英转变 因此 灰熔融温度 降低其铁钙比 随着温度 的升高 灰渣能检测的晶体矿物只有钙黄长石 由于 其本身熔点较高 所以导致此铁钙比煤灰的灰熔融 温度偏高 增大其铁钙比 在高温弱还 原气氛下熔渣的矿物组成中铁系矿物种类及其含量 增多 莫来石的生成受到抑制 另外 增大铁钙比 使 钙黄长石衍射峰的强度加快变弱及其和部分铁系矿 物消失的温度点提前 加快了熔渣低温共熔状态的 形成 使出现低温熔融状态的温度点提前 导致熔融 温度显著降低 当铁钙比为 时 灰熔融温度 参考文献 龚欣 郭晓镭 代正华 等 新型气流床粉煤加压气化 技术 现代化工 陆宏权 李寒旭 马飞 等 钙基助熔剂对煤灰熔融性 影响及熔融机理研究 煤炭科学技术 张子利 李寒旭 曹祥 等 高效助熔剂对煤灰熔融特 性的影响研究 应用化工 马志斌 白宗庆 白进 等 高温弱还原气氛下高硅铝 比煤灰变化行为的研究 燃料化学学报 李继炳 沈本贤 李寒旭 等 铁基助熔剂对皖北刘桥 二矿煤的灰熔融特性影响研究 燃料化学学报 乌晓江 张忠孝 徐雪元 等 铁系矿物对煤灰相变过 程的内在影响规律研究 工程热物理学报 程翼 李寒旭 武成利