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2023封面文章（《洁净煤技术》）

来源：洁净煤技术

《洁净煤技术》创刊于1995年，月刊，是中国能源低碳清洁与高效利用领域影响力大、权威性强、开放获取的专业学术期刊。

行业视野: 封面文章
类别; 320个
关键词; 403位
专家; 97篇
论文; 49233IP
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市政污泥与煤共气化灰渣黏温特性及机理

作者(Author)：吴昊, 刘霞, 曹希, 郭庆华, 于广锁

摘要：通过将市政污泥与煤混配制成污泥煤浆,可利用气流床气化技术实现污泥资源化、无害化、减量化处置。目前,有关市政污泥对气化煤灰黏温特性影响与机理研究较少,限制了污泥煤浆在气化领域的应用。选用一种典型气化用煤煤灰(YLA),配入不同比例市政污泥灰(SSA)以模拟污泥与煤共气化灰,测定原料灰样与混合灰样的灰熔融性与黏温特性。利用XRD分析与相图理论,研究熔渣降温过程中结晶趋势,并利用FTIR表征熔渣硅氧单元结构分布,阐明市政污泥灰含量对熔渣黏度的影响机理。结果表明:最理想的SSA添加比例为10%,且SSA质量分数超过30%会导致样品排渣性能急剧降低。SSA质量分数为10%时,流动温度已较低,且具有168℃可操作温度范围。SSA质量分数超过30%后,因灰中铁、磷含量显著增加,流动温度上升,可操作温度范围收窄,且因结晶趋势增强,临界黏度温度接近操作温度下限,易造成熔渣黏度剧烈变化。FTIR分析及峰值拟合结果表明,硅氧结构聚合度降低是熔渣黏度随SSA含量增加而不断降低的主要原因。

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洁净煤技术

2023年第07期

432

250
污泥对高灰熔融温度煤灰熔融特性调控机制

作者(Author)：李萌, 陈雪莉, 李风海, 许建良, 刘霞

摘要：我国高灰熔融温度煤储量巨大,灰中硅铝含量高,而部分污泥中碱性氧化物含量高,将其与高灰熔融温度煤共气化为高灰熔融温度煤灰熔融特性的调控提供了可能。研究了城市污泥(CS)和制药污泥(ZY)对高灰熔融温度焦作煤(JZ)灰熔融特性的影响。结果表明:向JZ灰中添加CS灰和ZY灰均可降低其灰熔融温度,添加ZY灰对JZ灰熔融温度降低效果更明显;CS灰和ZY灰的添加比例分别为15%和10%时,2种混合灰的流动温度降至1380℃以下,满足气流床气化液态排渣要求。CS灰CaO含量高,ZY灰Fe2O3含量高,随污泥灰添加,CS灰中CaO与Al2O3和SiO2反应生成的钙长石增多,其与石英发生共熔导致液相含量增加降低了灰熔融温度;弱还原气氛下JZ-ZY灰中Fe3+被还原为Fe2+,并使生成的铁尖晶石等铁系矿物质增多,低熔点铁尖晶石在低温下熔融及铁系矿物质与其他物质发生的低温共熔降低了JZ灰熔融温度。污泥灰添加比例相同时,与JZ-CS灰相比,JZ-ZY灰中理论固相含量更低;晶相衍射峰强度和数量更低;1500℃时,ZY灰占比25%的混合灰达到全液相状态,而CS灰占比25%的混合灰中仍有部分莫来石。摩尔离子势α与2种混合灰的特征温度均呈线性正相关。JZ-ZY灰的α降幅更大,因此JZ-ZY灰熔融温度降低更明显。

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洁净煤技术

2023年第07期

433

257
高温气化条件下高钙镁准东煤灰熔融性及矿物质演化

作者(Author)：刘霞, 吴昊, 郭庆华, 陈雪莉, 于广锁, 王辅臣

摘要：气流床气化是煤炭清洁高效利用的重要途径,而高钙镁准东煤因其灰熔融温度较高难以直接应用于液态排渣的工业气化炉,深入研究准东煤灰高温熔融机理对其气化应用具有重要指导意义。采用试验分析与热力学模拟计算手段研究了高温(1100~1500℃)气化条件下高钙镁准东煤灰熔融性及矿物质演化,并考察了SiO2添加对原煤灰熔融性及矿物质演化的影响。结果表明,气化温度小于1300℃时,高钙镁五彩湾煤灰中Ca主要以CaS形态存在于灰渣中,而Mg始终以MgO形态存在;气化温度升高至1400℃后Ca基矿物质逐渐熔于液相并在1500℃完全熔融,Mg则结合生成高熔点镁铝尖晶石,导致煤灰熔融温度较高。添加适量SiO2可与煤灰中Ca、Mg结合生成易发生低温共熔的钙镁黄长石,从而显著降低煤灰熔融温度及液相线温度,所添加SiO2与CaO结合的优先度高于MgO。此外,热力学平衡计算结果显示,即使在1600℃高温平衡状态下,五彩湾煤灰中部分Ca、Mg仍以高熔点单一氧化物形态存在,因此原煤灰液相线温度较高,热力学计算结果可为煤灰熔融性预测及高温矿物质转化提供参考。

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2023年第07期

416

261
高碱煤灰渣结渣倾向及过程

作者(Author)：石文举, 颜井冲, 白进, 曹景沛

摘要：结渣是限制高碱煤大规模燃烧利用的关键问题,针对该问题以高碱金属和高碱土金属两类电站锅炉灰渣为研究对象,通过灰熔融温度测试仪、热机械分析仪、热重-示差扫描量热仪、XRD以及热力学软件FactSage系统探究了高碱煤灰渣结渣倾向及结渣过程。研究发现高碱煤灰渣中碱金属主要以硅铝酸盐存在,而碱土金属主要以硫酸盐存在。高碱金属煤灰渣初始烧结温度高于高碱土金属灰渣,但高碱土金属煤灰渣熔融温度范围大于高碱金属煤灰渣。初始烧结温度与沉积指数均可用于高碱煤灰渣结渣倾向判断,但灰渣化学成分中CaO、K2O+Na2O、SiO2/Al2O3、碱酸比B/A及矿物成分中碱土金属硫酸钙、碱金属硅铝酸盐含量与结渣倾向判别指数间无直接对应关系。高碱煤灰渣的熔融主要经历2个阶段,第1阶段是低熔点碱金属矿物(钠长石、霞石)的熔融或与煤灰中其他矿物反应(石英、白榴石)形成初始液相;第2阶段主要是碱土金属矿物(辉石、钙长石)参与低温共熔反应形成大量液相。

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2023年第07期

488

235
非牛顿熔渣冷却析晶行为研究进展

作者(Author)：张永泉, 玄伟伟, 张建胜

摘要：气化技术是煤化工的龙头技术,气流床气化炉具有燃料适用广、转化率高等优势,是大型煤气化的发展方向。由于原料组分或操作条件变化,反应后的灰熔渣在流动过程中会因晶体析出呈现非牛顿流体特性,造成排渣不畅,因此掌握炉内熔渣析晶行为对控制熔渣的流变特性及设备稳定运行有重要指导意义。论述了非牛顿熔渣析晶行为研究,分析了灰渣中结晶行为的影响因素。不同过冷度带来的晶体生长驱动力不同,从而影响晶体生长速率。增大冷却速率会导致晶体孕育时间不足,晶体生长较小。冷却速率超过熔渣的临界冷却速率时,熔渣呈现玻璃体状态。熔渣中主要成分变化导致熔渣的扩散特性及晶体类型改变,熔体碱性组分增加会促进熔渣结晶。此外,不同晶体种类,晶体大小和形状、固液界面析晶反应、晶体生长速率等均发生变化,从而引起流变特性变化。因此,总结了熔渣中几种常见晶体(钙长石、黄长石和尖晶石)的生长特性,以及晶体对熔渣流变特性的影响。对于非牛顿气化渣,晶体析出种类及对应的晶体生长特性仍不明确,有待进一步研究。通过晶体生长预测和控制来调节熔渣流变行为,将实现炉内液态渣层沿程流动的黏度变化预测,对于优化工程中液态排渣炉内熔渣流动有重要指导意义。

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2023年第07期

466

229
气化渣高温预热脱碳工艺及其固相产物水泥特性试验

作者(Author)：王学斌, 于伟, 陈永强, 史兆臣, 商靖鹏, 王建军, 张瀚霖

摘要：气化渣是煤气化过程中产生的固体废弃物,目前主要通过填埋方式处理,不仅占用大量土地,污染土壤和水体,同时造成能源浪费。气化渣具有一定固定碳含量,但挥发分含量极低且收到基含水量很高,导致气化渣能源化利用困难。高温预热脱碳工艺是近年来发展的实现超低品位煤基固废资源化处置的有效技术途径之一,该工艺能实现近零挥发分和超低热值固废的自稳燃和燃尽过程,如处置气化渣以及灰渣污泥混合物。干基固定碳占比在13.1%~16.2%的气化渣经新疆甘泉堡工业园单线10万t/a级高温预热脱碳一体化装备处理后,挥发分基本脱除,出口灰渣残碳量均低于3%,在不添加辅助燃料条件下实现输入物料的稳定着火、高效燃尽,稳定运行出口烟气按O2体积分数9%折算,NOx排放在64.5~66.9mg/m3。利用工业示范生产线脱碳后气化渣及气化渣污泥混合物磨细后替代30%水泥进行胶砂制备,强度活性指数分别达到80%及91%,符合拌制砂浆和混凝土用粉煤灰以及水泥活性混合材料用粉煤灰强度活性指数要求。

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洁净煤技术

2023年第07期

528

243
煤气化渣玻璃体组成和含量对其碱激发反应活性的影响

作者(Author)：郭航昊, 王冀, 马志斌, 路广军, 郭彦霞

摘要：由于煤种及气化工艺不同,使煤气化渣玻璃体含量和组成存在一定差异。以壳牌煤气化渣为主要原料,通过升温诱导结晶方法,研究了煤气化渣玻璃体组成和含量对碱激发胶凝材料力学性能和微观形貌的影响机理。结果表明,煤气化渣基胶凝材料在最佳碱激发条件下抗压强度可达30MPa。高温诱导结晶导致煤气化渣中析出钙长石晶体,钙长石晶体的析出不仅降低了煤气化渣玻璃体含量,且提高了玻璃体中活性硅铝组分比例。碱性环境下,钙长石未参与溶解-聚合反应,玻璃体含量减少,降低了Si和Al溶出率,从而减少凝胶相生成,导致胶凝材料力学强度降低,玻璃体含量与胶凝材料力学性能呈线性相关关系;玻璃体中硅铝组分比例增加,影响Si和Al溶出比例,活性硅铝的溶出比例对碱激发剂的选择及凝胶相的生成具有一定影响。微观形貌分析表明:玻璃体含量较高的煤气化渣表面光滑,且碱性环境下生成的凝胶相较多,养护过程中,胶凝材料微观结构变得致密,力学强度增加。

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洁净煤技术

2023年第07期

473

298
铁元素对煤气化过程矿物转化和熔融特性影响的研究进展

作者(Author)：沈中杰, 董子铮, 梁钦锋, 许建良, 郭晓镭, 代正华, 刘海峰

摘要：铁是普遍存在于煤中的重要元素,其含量和价态等参数是影响煤气化灰渣理化特性(矿物转化和熔融、结晶、黏温和流变性等)的关键因素。气化炉用煤的种类和操作工况(气氛和温度)等变化影响铁的赋存形态,含铁的煤气化灰渣呈不同理化性质,其研究对指导气化炉的顺畅排渣具有重要意义。综述了近年来学者对铁元素在气化灰渣的赋存形态、铁对煤气化灰渣的熔融特性、降温过程结晶性和黏温特性等研究进展。铁主要以FeO、Fe2O3、FeS和FeS2等形式存在于原煤中,在煤气化过程中转化为含铁的硅铝酸盐类物质,且受气体组分(CO/CO2/O2/H2)、化学组成和温度影响显著。因Fe3+具有强极性,难以与其他矿物反应,在氧化性气氛下的灰渣熔融温度较高;而CO、H2等气体具有较强的还原性,灰渣中的Fe2O3被还原为亚铁(Fe2+),其熔融温度降低,但还原为金属Fe时,其具有高熔点特性,灰熔融温度升高。煤气化灰渣中铁元素对熔融液态渣在冷却降温过程的结晶性能产生影响,包括含Fe的晶体种类、结晶温度、析晶条件、晶体形貌和尺寸等。其中,Fe与Ca在硅铝酸盐网状结构中的作用受气氛、温度和化学组成影响显著,主要为Fe/Fe2+/Fe3+三者的转化与钙长石类矿物的相互作用,影响含铁晶体转化和铁单质析出。阐明了煤气化灰渣中铁元素对其黏温特性的影响机制,包括黏度和临界黏度温度,铁的不同价态和含量是黏度变化和熔体结构转变过程的重要参数。最后,总结了铁元素对煤气化灰渣理化性质的作用,展望复杂气氛下(H2/CO/CO2)铁单质、离子态(Fe2+/Fe3+)等对煤气化过程矿物转化、灰渣熔融和结晶等物理和化学综合作用是明晰煤气化灰渣中铁元素作用的关键,需建立合适的含铁煤气化灰渣性质预测体系,为工业气化炉运行提供指导。

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洁净煤技术

2023年第07期

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