我國山西省煤炭資源豐富,但存在大量具有高灰(22%-30%)、高硫(2.4%-3.0%)、高灰熔融溫度(軟化溫度高于1500 ~oC)特點的“三高”煤種,影響了其廣泛應(yīng)用�；胰诰哿骰彩抢谩叭摺泵旱挠行緩�,但在生產(chǎn)中出現(xiàn)了諸多理論預(yù)測與實際不符的問題,影響了其推廣應(yīng)用。本文提出煤灰不均勻熔融概念,以山西典型的大同煤和晉城煤為原料,研究了其高溫下的煤灰熔融行為,有助于解決山西三高煤種的利用。首先研究了原煤粒度對煤灰熔融性的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著原煤粒度變化,不同粒度顆粒煤灰熔融溫度幾乎不變。將原煤粉磨,對煤粉進行篩分和浮沉。結(jié)果發(fā)現(xiàn),高變質(zhì)程度的晉城無煙煤,和變質(zhì)程度相對較低的大同煙煤,兩者在粒度組成和密度組成上存在差異。研究還發(fā)現(xiàn),各子樣的化學(xué)組成和礦物組成也發(fā)生了不同程度的分化。用灰錐法(AFT)和壓降法(PDT)研究了原煤煤粉和按粒度、密度分級后子樣的煤灰熔融性和燒結(jié)特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同粒度的大同煤樣的軟化溫度(ST)相差將近200 ~oC,不同密度的晉城樣品軟化溫度差別高達300 ~oC。機理研究表明,礦物存在形式的不同導(dǎo)致了大同和晉城樣品間煤灰熔融性的差異。燒結(jié)溫度變化趨勢與熔融溫度有所不同,這與顆粒自身大小存在較大關(guān)系。SEM-EDX研究表明,高溫下宏觀與微觀的熔融狀態(tài)存在較大差異。使用FactSage軟件對樣品進行了熱力學(xué)模擬計算,并在三元相圖中加以驗證。模擬結(jié)果與實驗結(jié)果具有較好的相關(guān)性。兩種煤樣的不均勻熔融是因為堇青石、鈣長石等礦物的低溫共熔造成的。晉城煤樣鈣長石的含量高,導(dǎo)致其不均勻熔融程度更高。在灰融聚流化床生產(chǎn)中,Ca~(2+)、Na~+等金屬陽離子與非晶態(tài)的鐵的硅鋁酸鹽的相互作用,形成初始沉積層。當(dāng)初始沾污層形成后,密度較大、粒度較大的顆粒撞擊沾污層的概率明顯增加。這些顆粒自身礦物含量高,其熔融溫度低,在低于煤灰整體熔融溫度的溫度下開始熔融,形成具有黏性的聚集物,最終導(dǎo)致煤灰整體的熔融。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ536.4
【部分圖文】：

1 緒論 飛灰可控循環(huán)：提高碳轉(zhuǎn)化率。粉煤在氣化爐中主要經(jīng)過煤的干燥脫水、揮發(fā)分脫除、煤的氣化、灰渣分離等 5 個過程。氣化過程中，氣體從不同的方位進入床層：由分布板汽和氧氣，主要使床料流化起來；由中心管進入的蒸汽和氧氣，在噴口了一個射流高溫燃燒區(qū)，使灰渣團聚成球；由環(huán)管進入的蒸汽和氧氣，氣速下使灰團與半焦分離，在非結(jié)渣情況下連續(xù)有選擇地排出低碳量

圖 1-3 四個煤灰特征溫度對應(yīng)的灰錐形態(tài)Figure 1-3 Corresponding ash shapes for four ash characteristic temperaturesAFT 實驗結(jié)果常常因為儀器的差異及人為判斷的主觀性而造成一定誤差。英國諾丁漢大學(xué)Pang等[14]對傳統(tǒng)的灰錐法進行了優(yōu)化。借助張力計，將0.50±0.0g 灰樣在 5000 psi（約 34.375 MPa）的壓力下壓成直徑 10 mm 的灰柱，通過觀察灰柱在受熱過程中形狀的變化來確定煤灰熔融溫度。該方法可使煤灰熔融溫度的誤差降低到±15oC，比傳統(tǒng)方法降低了 50.00%。燒結(jié)原指耐火材料或陶瓷生坯通過燒結(jié)，達到氣孔最小、收縮最大、產(chǎn)品最致密、性能最優(yōu)良或成為堅實固體。煤灰在較低溫度下也會發(fā)生發(fā)生燒結(jié)。燒結(jié)是一個自發(fā)且不可逆的過程，系統(tǒng)表面能降低是推動燒結(jié)進行的基本動力。由于粉體顆粒顆粒微小，比表面積較大，因而具有的很高的表面能。根據(jù)最小能量原理，它將自發(fā)地向最低能量狀態(tài)變化，并伴隨系統(tǒng)的表面能減少。燒結(jié)過程如圖 1-4 所示。燒結(jié)發(fā)生時，封閉孔減小，開放孔變大，逐漸形成氣體新的通道。

圖 1-5 礦物存在形式示意圖Figure 1-5 Schematic diagram of mineral existence formsWigley 等[21]根據(jù)粉煤顆粒中礦物質(zhì)的含量，將粉煤顆粒分為有機質(zhì)顆粒（organic-rich particles，礦物含量<10%）、交聯(lián)質(zhì)顆粒（organic particles withincluded minerals，礦物含量 10%-90%）和外在礦物顆粒（particles containingexcluded minerals，礦物含量>90%）三種。他們借助計算機控制掃描電子顯微鏡（CCSEM）研究了 18 種動力用煤粉煤顆粒中礦物質(zhì)的分布情況，發(fā)現(xiàn)對于絕大多數(shù)煤而言，有機質(zhì)顆粒數(shù)量最多（35.60%-88.30%），其粒度通常較大；交聯(lián)質(zhì)顆粒含量居中（8.40%-53.30%）；外在礦物顆粒數(shù)量最少（3.20%-18.50%），并且通常具有最小的粒度。在燃燒過程中三種礦物的作用不同，交聯(lián)質(zhì)顆粒具有較高的比熱容，因而其燃燒過程相對緩慢；而外在礦物首先熔融，粘附在有機質(zhì)表面同樣會降低燃燒速率。Gupta 等[64]的研究認為，內(nèi)在礦物通常存在于有機質(zhì)顆粒中，會導(dǎo)致其在實際操作中產(chǎn)生較高的溫度，進而促進硅、鈣等元素的揮發(fā)。同時，粒度分布影響礦物反應(yīng)動力學(xué)，較大的顆粒因為表層反應(yīng)生成黏性外層而具有較差的反映活
【參考文獻】

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本文編號：2843287