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“煤气化的灰化学”专题

来源：洁净煤技术

专题来自于《洁净煤技术》2023年07期，共14篇研究成果。

行业视野: 煤化工
类别; 60个
关键词; 69位
专家; 14篇
论文; 7086IP
点击量; 3864次
下载量

高硅铝煤和高钙铁煤配煤对灰熔融温度的影响

作者(Author)：赵薇, 李风海, 马名杰, 杨自强, 李振珠

摘要：虽然新能源技术发展迅速,但未来很长一段时间我国能源主体仍以煤炭为主。高钙高铁煤是我国重要的煤炭资源,分布广泛,其灰熔融温度较低,不可直接应用于气流床气化炉。因此,以高钙高铁煤(MO)为研究对象,选择高硅铝煤(Y4)调控高钙高铁煤(MO)的灰熔融温度(TAF)。利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、拉曼光谱仪(Raman)和FactSage热力学软件探讨了高硅铝煤调控高钙高铁煤灰熔融特性的变化机制。研究表明,随Y4配比增加,混合灰样的灰熔融温度逐渐增加,且当Y4混配比例为40%~50%时,混合灰样的流动温度(TF)为1354~1389℃,TF符合气流床气化炉液态排渣要求;XRD和FactSage结果表明,随Y4含量增加,低熔点矿物质逐渐消失,钙长石等稳定硅铝酸盐矿物质的生成是导致灰熔融温度升高的主要原因,从三相图中发现随Y4混配比例的增加,灰样中的矿物质由黄长石明显转变为钙长石;FT-IR显示随Y4配比的增加,灰样中的Si—O向高频区移动,且在900~1000cm-1形成一个较宽的吸收峰,结合XRD,判断该吸收峰为钙长石;从硅酸盐角度分析,引入参数R(R表示Si—O—A的变化程度),随Y4含量增加,灰样中R呈阶梯状增加,导致网络聚合度增加,灰熔融温度增加。

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洁净煤技术

2023年第07期

449

217
重金属在煤气化过程中迁移规律及在气化渣中浸出行为和固化处理综述

作者(Author)：陈博文, 熊卓, 赵永椿, 张军营

摘要：随着我国煤气化行业不断发展,产生的煤气化渣总量也越来越多,已成为急需解决的问题之一。为充分利用气化灰渣,拓宽其应用场景,体现潜在的资源价值,已在建材、陶瓷、玻璃、分子筛、催化剂等行业进行了大量探索,并得到成功运用。然而,煤气化过程中,煤中有害重金属元素(Hg、Cr、Cd、Pb、Zn、Ni)会残留在气化灰渣中,其可能随扬尘、降水等释放或浸出到环境中,对生态环境和人类生命健康造成不利影响,制约煤气化渣综合利用。在气化过程中,煤中重金属的迁移受气化温度、气氛和压力等条件影响,不同种类重金属受这些条件的作用方式和影响程度也不同。对于煤气化渣中重金属,其浸出率受浸出液pH、浸出温度、固液比、颗粒尺寸和浸出时间等因素影响,其中浸出液pH是主要影响因素。为稳定灰渣中重金属,降低重金属释放和浸出,减少环境污染,总结梳理了煤气化渣中重金属的固化处理技术,并根据固化方式分为水泥固化、热处理固化、水热处理固化、添加剂固化、化学共沉淀固化和矿化协同固化等6种方式。

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洁净煤技术

2023年第07期

574

249
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

451

261
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

448

264
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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洁净煤技术

2023年第07期

441

276
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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洁净煤技术

2023年第07期

516

248
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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洁净煤技术

2023年第07期

487

244
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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