气流床煤气化过程中，煤中无机矿物质升温熔融转变为熔渣，熔渣通过液态排渣单元连续排出炉外，因此熔渣良好的流动性(黏度)是气化炉长周期稳定运行的关键。我国高铁煤(煤灰中氧化铁含量高于15%)分布广泛，比如内蒙锡林浩特煤、河南义马煤、云南镇雄煤等。由于Shell煤气化炉内还原性气体(CO和H2)总含量较高(>86%)，高铁熔渣在液态排渣过程中易发生金属铁析出，形成大的含铁渣块，导致气化炉无法顺畅排渣甚至非正常停车，因此深入研究Shell煤气化炉气氛下熔渣中金属铁的析出行为是高铁熔渣流动性调控的重要依据。基于此，以热力学模拟为基础，依据金属铁析出和团聚机理，结合熔渣结晶特性，建立熔渣中金属铁析出和团聚的动力学模型，并定量分析金属铁对熔渣结晶和黏度的影响。热力学模拟表明，Shell煤气化炉气氛下高铁熔渣发生金属铁析出，且钙含量增加促进金属铁析出。分别以熔渣中还原性气体扩散和金属铁沉降为速控步骤，建立金属铁析出和团聚的动力学模型；钙含量增加或者温度升高，熔渣黏度降低，促进熔渣中还原性气体扩散，金属铁含量增加且易发生团聚。提出金属铁团聚的临界时间tc作为判断金属铁团聚的关键参数；降低气化炉排渣温度或减少钙含量，tc增加，避免熔渣中金属铁团聚。将晶体含量的热力学平衡值引入结晶动力学模型(KJMA公式)，获得金属铁对熔渣结晶和黏度的影响，发现金属铁析出促进钙长石结晶，熔渣黏度迅速增加；虽然较低排渣温度下钙长石含量达到热力学平衡值所需时间更长，但黏度增加至排渣黏度上限25 Pa·s所需的时间更短。建议通过适当降低排渣温度，或添加富硅助剂，或与高硅煤共气化，可适当避免高铁熔渣中金属铁的析出和团聚，避免熔渣黏度突增和气化炉排渣不畅，有利于气化炉长周期运行。

1 原料性质和模拟方法
1.1实验原料
1.2热力学模拟
2 结果与讨论
2.1 Shell煤气化炉气氛下熔渣中金属铁的析出特性
2.2 熔渣中金属铁的析出行为
2.2.1 金属铁析出机理分析
2.2.2 高铁熔渣中金属铁析出的动力学模拟
2.3 高铁熔渣中金属铁的团聚行为
2.3.1 金属铁团聚机理分析
2.3.2高铁熔渣中金属铁团聚的动力学模拟
2.4 金属铁对熔渣黏度的影响
2.4.1 金属铁对熔渣结晶特性的影响
2.4.2 熔渣黏度的等温变化
2.5 高铁熔渣流动性调控的建议
3 结论

贺冲,郭晶,秦育红等.Shell煤气化炉气氛下熔渣中金属铁析出及对其黏度影响的模拟研究[J/OL].煤炭学报:1-11[2023-07-15].DOI:10.13225/j.cnki.jccs.2023.0286.