流化床气化条件下煤灰低熔点共融物形成特性

作     者：李小敏 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王勤辉;程乐鸣

授予年度：2007年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：流化床气化 煤灰熔融特性 压差法 烧结温度 低温共融物 

摘      要：煤灰熔融性是动力用煤和气化用煤的一个重要特性，直接决定着煤炭燃烧或气化利用方式的选择、设计及其运行。流化床气化技术由于具有煤种适应性强、污染物排放易于控制等特性是今后煤炭气化技术发展方向之一。针对流化床气化技术存在的床料熔融、团聚、积灰等重要过程，本文开展了对这些过程具有决定性影响的煤灰熔融特性的实验和理论研究。 论文首先对煤灰的化学组成、矿物组成以及所处的环境条件(气氛、压力等)等因素对煤灰熔融特性的影响的研究现状进行了文献综述，并介绍了煤灰熔融温度的不同测试方法。 在文献综述基础上，通过组合智能灰熔点仪、差示扫描量热(DSC)分析、压力热天平和X射线衍射分析仪相结合以及FactSage软件计算等不同方法的特点和优势，研究了煤灰特性以及运行环境条件(气氛、温度和压力)对煤灰熔融特性的影响特性。氧化性气氛和还原性气氛下的特征温度均高于弱还原性气氛下的特征温度;由H和CO组成的气氛下的灰熔点要低于CO和CO组成的气氛下的灰熔点。由压力热天平和XRD分析得到增大压力能够促进低温共熔体的生成，促进低温熔融，但是因煤种不同而不同。利用FactSage可以得到已知灰成分的煤灰的熔融区间和熔融速率较快的温度区间，可以用来初步估计煤灰的熔融特性。并利用DSC曲线得到煤灰熔融过程的活化能和频率因子。 最后利用所搭建的压差法测量煤灰烧结温度实验台分别研究了灰样放置装置、时间、气氛、煤灰成分对煤灰烧结特性的影响。惰性气氛(N)下的烧结温度与氧化性气氛(O、CO)下的烧结温度近似相等，还原性气氛(H、CO)下的烧结温度低于氧化性气氛(O、CO)下的烧结温度，CO气氛下的烧结温度高于H下的烧结温度。在氧化性气氛下，随煤灰中CaO、NaO、KO含量增加，煤灰烧结温度逐渐降低。在典型流化床气化气氛(弱还原气氛)下，煤灰烧结温度随FeO、CaO、NaO、KO含量增加而增加。烧结不仅与温度有关，还与时间有关。在达到设定的温度后，随着时间的进行，灰柱两端的压差不断减小，但经过一段时间后，灰柱两端的压差保持一个定值。研究结果同时也表明可以通过配煤或添加添加剂方式来改变煤灰烧结特性，使得流化床气化过程安全运行。 本文研究结果初步揭示了气氛和压力对煤灰熔融特性的影响以及灰成分和气氛对煤灰烧结特性的影响，对流化床气化技术的设计和运行具有一定的指导作用。