福建无烟煤灰熔点提高过程中铝钙协同作用的研究

作     者：张柏茂 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林荣英

授予年度：2018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：灰熔融温度 协同作用 铝钙复配物 Factsage 

摘      要：福建省拥有丰富的无烟煤,但大多数为高变质的老旧无烟煤,其煤灰软化温度(ST)不高于1250℃。而工业上采用固态排渣技术的气化炉要求气化用煤的灰软化温度要高于1250℃,若直接使用福建低灰熔点煤则会导致气化炉内易结渣,无法排灰,甚至烧坏设备。因此深入研究如何提高灰熔融温度是非常必要的,这有利于煤炭的清洁高效利用。目前用于提高灰熔点的方法有添加高灰熔点的配煤和添加酸性氧化物,而对于复合阻熔剂的研究很少,故本实验对氧化铝和氧化钙的复配助剂在提高灰熔点方面进行了研究,并分析其协同作用机理。本文选取龙岩(LY)、上京(SJ)和永定(YD)三种福建低灰熔点煤,利用灰熔点测定仪研究了氧化铝、氧化钙及铝钙复配物对三种煤灰熔融温度的影响规律。研究结果表明:加入Al2O3(4%～18%)可以一直提高灰熔点,加入CaO(2%～8%)会降低煤灰熔点;添加2%CaO可使已添加16%Al2O3的LY灰的软化温度达到1255℃,升高了 11℃;添加l%CaO可使已添加14%Al2O3的SJ煤灰的软化温度达到1252℃,提高了 8℃。添加CaO仍使已添12%Al2O3的YD煤灰熔点一直降低。因此,向LY煤和SJ煤中添加较高含量的氧化铝和少量的氧化钙会出现铝钙协l同作用。通过XRD和SEM-EDX分析煤灰在高温下的矿物转化行为、表面微观形貌及微区化学组成,并利用Factsage软件进行模拟计算,研究铝钙协同作用对低灰熔点煤的影响规律及其协同机理。结果发现:加入氧化铝后,煤灰在高温下生成的耐熔矿物莫来石是提高灰熔点的主要因素。加入较高含量的氧化铝和少量的氧化钙后灰中会先生成莫来石矿物,其中的氧化钙则会与二氧化硅和氧化铝反应生成钙长石。在有莫来石存在时,生成的钙长石不会与其他矿物生成低温共熔物,从而提高灰熔点。利用Factsage软件绘制的SiO2-Al2O3-CaO三元相图分析氧化铝和氧化钙对灰中矿物行为的影响可推测:在1200℃时,氧化铝参与莫来石、钙长石的生成,最后以刚玉形式存在,氧化钙参与硅酸钙、钙长石和钙黄长石的生成。利用SiO2-Al2O3-CaO三元相图分析铝钙比与灰熔融温度的关系可知铝钙比在较大时存在协同作用。利用热综合分析仪研究氧化钙和铝钙复配物对气化活性的影响,发现氧化钙对煤气化活性有催化效果,铝钙复合物对气化活性的催化效果与煤种有关。