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高钠煤化学链燃烧特性及煤焦气化反应动力学研究

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化工学报 2019年第5期70卷 1913-1922页

作者：闫景春沈来宏蒋守席葛晖骏能源热转换及过程测控教育部重点实验室(东南大学)能源与环境学院江苏南京210096

采用连续提取法对新疆准东高钠煤进行萃取处理,制备含有不同存在形式钠元素的准东煤样品,在小型流化床上考察了水溶性钠、醋酸铵溶性钠和稀盐酸溶性钠对于准东煤化学链燃烧特性的影响。结果表明,去除水溶性钠后准东煤化学链燃烧产物中... 详细信息

采用连续提取法对新疆准东高钠煤进行萃取处理,制备含有不同存在形式钠元素的准东煤样品,在小型流化床上考察了水溶性钠、醋酸铵溶性钠和稀盐酸溶性钠对于准东煤化学链燃烧特性的影响。结果表明,去除水溶性钠后准东煤化学链燃烧产物中含碳气体相对浓度显著提高,相同时刻碳转化率明显提高。而经过醋酸铵和稀盐酸处理后的准东煤相比未处理的准东煤,其化学链燃烧反应性能显著降低。对四种不同处理程度准东煤焦的等温气化反应进行动力学分析表明,WW-ZDJ与水蒸气的气化反应的活化能最小,HAW-ZDJ的气化反应活化能最大。水溶性钠对于准东煤化学链燃烧过程具有抑制作用,而醋酸铵和稀盐酸溶性的钠在准东煤的化学链燃烧过程中促进作用显著。

关键词：高钠煤化学链燃烧连续提取法反应动力学

氯化钠蒸气对高钠煤煤灰钠捕获性能及其烧结温度的影响

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煤炭学报 2023年第1期48卷 452-459页

作者：张守玉徐梓航黄东东郎森刘思梦杨济凡周义胡南吴玉新上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 长春工程学院能源动力工程学院吉林长春130012 清华大学能源与动力工程系北京100084

新疆的高钠煤是一种开采成本低、灰分低、含硫量低的优质燃料,但较高的钠含量导致其在燃烧利用的过程中易出现沾污结渣等现象,严重阻碍了高钠煤的开发利用。以2种高钠煤(五彩湾煤(WCW)、哈密煤(HM))和1种低钠煤(平朔煤(PS))作为实验对象... 详细信息

新疆的高钠煤是一种开采成本低、灰分低、含硫量低的优质燃料,但较高的钠含量导致其在燃烧利用的过程中易出现沾污结渣等现象,严重阻碍了高钠煤的开发利用。以2种高钠煤(五彩湾煤(WCW)、哈密煤(HM))和1种低钠煤(平朔煤(PS))作为实验对象,在900℃下燃烧制灰,并将所制煤灰置于38%、51%和76%的NaCl蒸气下进行钠捕获实验,使用ICP-OES测得钠捕获前后煤灰的钠含量,采用XRD分析钠捕获前后煤灰中矿物质的变化,采用压降法测量钠捕获前后煤灰的烧结温度,深入探究不同NaCl蒸气体积分数下煤灰烧结特性的衍变规律。结果表明:在3种NaCl蒸气体积分数下,3种煤灰样品中PS煤灰的钠捕获量最大,HM煤灰次之,WCW煤灰最低。Si、Al能增强煤灰的钠捕获性能,而Ca则会与Si、Al发生反应,从而抑制Si、Al对NaCl蒸气的化学固定,不利于煤灰的钠捕获。随NaCl蒸气体积分数升高,钠捕获量增大,煤灰的烧结温度降低幅度与其钠捕获量呈正相关。HM、WCW煤灰烧结温度降低幅度均大于PS煤灰,一方面是由于HM和WCW煤灰固钠后生成的含钠化合物的熔点低于PS煤灰,另一方面NaCl蒸气体积分数升高促进了低熔点含钠化合物的生成。PS煤灰在900℃下尚未发生烧结,其结构疏松、内部孔隙多,与NaCl蒸气反应完全程度相对较高,其烧结温度受NaCl蒸气体积分数影响最小。

关键词：高钠煤钠捕获燃烧煤灰烧结温度

刚玉床料对高钠煤循环流化床气化中钠迁移转化的影响

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工程热物理学报 2016年第10期37卷 2216-2224页

作者：齐晓宾宋国良宋维健杨少波吕清刚中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

选择刚玉作为床料,利用循环流化床对天池木垒煤进行了气化实验研究,研究了刚玉对失流的抑制作用、矿物元素在不同粒径颗粒中分布以及煤中Na经过气化反应后的迁移转化规律。研究结果表明,以刚玉作为床料会降低底渣表面包覆层黏性,避免颗... 详细信息

选择刚玉作为床料,利用循环流化床对天池木垒煤进行了气化实验研究,研究了刚玉对失流的抑制作用、矿物元素在不同粒径颗粒中分布以及煤中Na经过气化反应后的迁移转化规律。研究结果表明,以刚玉作为床料会降低底渣表面包覆层黏性,避免颗粒聚团导致失流;在刚玉诱导下,煤中Al、Si、Ca、Fe、Na和Mg等绝大多数矿物质元素在底渣和循环灰中富集,并导致物料粒径不断增大;935℃床温下(以刚玉为床料),天池木垒煤中Na在底渣、飞灰和煤气中的分布率分别为39.6%、45.4%和15%,相对于以石英砂为床料的情形,刚玉有效抑制了Na的挥发,降低了尾部沾污发生的机率;在刚玉作用下,固留在底渣中的Na主要以NaAl_(11)17、NaAlSi_2O_6和NaAlSi_3O_8等形式存在,并且刚玉与煤中矿物质元素反应生成的物质具有较高的熔点,避免低温共熔现象发生。

关键词：刚玉高钠煤循环流化床气化钠迁移转化

准东高钠煤流化床气化特性及钠的迁移规律研究

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工程热物理学报 2017年第2期38卷 440-446页

作者：郭学文张海霞朱治平中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

基于小型立式炉试验台,对准东高钠煤在850~1050℃下的气化特性进行了研究,并对气化底渣及飞灰的理化特性进行了表征。研究表明:准东高钠煤在气化当量比不变的情况下,随气化反应温度升高,煤气中可燃成分CO、H_2体积百分比增大,煤气热值... 详细信息

基于小型立式炉试验台,对准东高钠煤在850~1050℃下的气化特性进行了研究,并对气化底渣及飞灰的理化特性进行了表征。研究表明:准东高钠煤在气化当量比不变的情况下,随气化反应温度升高,煤气中可燃成分CO、H_2体积百分比增大,煤气热值、碳转化率、冷煤气效率也均增大。气化反应温度为1050℃时,煤气热值为4.27MJ/m^3,碳转化率为89.07%,冷煤气效率为70.01%。SEM结果显示气化底渣、飞灰表面呈沟壑状,未出现明显熔融。XRD结果显示气化飞灰中钠主要以NaCl和NaAlSi_2O6的形态存在,底渣中钠主要以NaAlSi_2O_6的形态存在。气化过程中钠的析出率随温度升高呈先增后减趋势:气化温度由850℃升至1000℃时,钠的析出率由20.49%升高至53.64%;而气化温度由1000℃继续升高至1050℃时,钠的析出率略有下降,由53.64%降至52.22%。

关键词：准东煤高钠煤流化床气化特性钠迁移

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新疆高钠煤中钠元素的地球化学研究现状

煤炭科学技术 2022年第10期50卷 169-178页

作者：杨承伟丁华白向飞唐跃刚何金袁东营煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

新疆煤炭资源丰富,以低灰、低硫、低磷的发电和化工用煤为主,已成为我国煤炭开发利用的主战场。但由于特殊的地质环境和地下水作用,新疆部分煤层中富集了大量钠元素,引起的锅炉结渣结垢问题一直制约着高钠煤的清洁高效利用。新疆高钠煤... 详细信息

新疆煤炭资源丰富,以低灰、低硫、低磷的发电和化工用煤为主,已成为我国煤炭开发利用的主战场。但由于特殊的地质环境和地下水作用,新疆部分煤层中富集了大量钠元素,引起的锅炉结渣结垢问题一直制约着高钠煤的清洁高效利用。新疆高钠煤及其中钠的分布赋存特征成为近10年来煤化学基础研究领域的一个热点。系统总结了煤中钠赋存状态研究成果,概述了煤中钠含量的测定方法,分析了控制煤中钠富集的关键地质因素,并讨论了煤炭利用过程中钠的迁移规律及其影响因素。研究表明:煤中钠的赋存状态以无机钠为主,少量为有机钠,逐级化学提取结果进一步表明煤中的钠以水溶态为主。目前对煤中钠含量的测定主要是通过燃烧和一定条件下的灰化、消解后进行的,但针对于新疆煤中钠以水溶态为主要赋存状态这一基本事实,逐级提取法可以减少样品前处理中钠的损失,进而更准确地反映煤中钠的含量。煤中钠的富集成因主要包括生物成分累积、碎屑沉积物输入、泥炭孔隙中溶液沉淀,以及成煤后期海水作用等。以往国内外对高钠煤的研究比较关注海水侵入的影响,但新疆的高钠煤中钠的富集需要重点考虑地表水淋滤和地下水驱动因素。在煤炭加工利用过程中,钠的赋存形式和煤炭利用方式决定了其释放途径。深入研究煤中钠元素富集的地球化学控制机理以及煤炭燃烧等过程中钠的迁移机制,对高钠煤的合理开发利用意义重大。

关键词：高钠煤钠元素地球化学赋存特征成因与控制迁移与释放

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逐级萃取对高钠煤灰钠捕获性能的影响

煤炭学报 2022年第12期47卷 4517-4525页

作者：郎森张守玉常明黄东东周义杨济凡刘思梦胡南吴玉新上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 长春工程学院能源动力工程学院吉林长春130012 清华大学能源与动力工程系北京100084

新疆高钠煤储量丰富、燃烧性能好,具有极大的开发利用潜力。但由于该煤种钠含量较高,在燃用过程中极易造成锅炉受热面沾污结渣等问题,严重限制了其开发利用。以五彩湾煤为研究对象,进行水-醋酸铵溶液-HCl溶液逐级萃取并燃烧制灰,再进行... 详细信息

新疆高钠煤储量丰富、燃烧性能好,具有极大的开发利用潜力。但由于该煤种钠含量较高,在燃用过程中极易造成锅炉受热面沾污结渣等问题,严重限制了其开发利用。以五彩湾煤为研究对象,进行水-醋酸铵溶液-HCl溶液逐级萃取并燃烧制灰,再进行钠捕获实验。利用电感耦合等离子原子发射光谱(ICP-OES)分析各萃取等级煤灰在不同反应温度下的钠捕获量,结合X-射线衍射分析研究逐级萃取对五彩湾煤灰钠捕获性能的影响。同时,以哈密煤为对比样品,并参照哈密煤灰分组成向五彩湾煤中掺入SiO_(2)和Al_(2)O_(3)添加剂,探究硅、铝含量对五彩湾煤灰钠捕获性能的影响。结果表明:逐级萃取可降低五彩湾煤灰中的钙含量,从而抑制硅灰石(CaSi_(3)O_(9))、铝酸钙(Ca_(12)Al_(14)O_(33))等含钙物质的生成,有利于煤灰中硅、铝物质对钠的捕获。经水、醋酸铵溶液萃取后制备的五彩湾煤灰(WCW-A2-900)在900℃反应温度下的钠捕获量最高,较原煤灰提升了125.23%。随着钠捕获反应温度的升高,煤灰中的硅、铝物质与钠蒸气生成稳定的硅铝酸盐固定在煤灰中,表现为钠捕获性能增强。但当反应温度超过900℃时,WCW-A2-900与WCW-A3-900的钠捕获量由于其物理吸附性能的下降而明显降低,但仍高于原煤煤灰。硅、铝矿物质含量的上升有助于增强WCW-900的钠捕获性能,但由于WCW_(H)-900中的钙含量比HM-900高,因而其钠捕获性能提高有限。

关键词：高钠煤燃烧钠捕获逐级萃取硅铝添加剂

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两种高钠煤的掺烧结渣特性对比实验

煤炭学报 2017年第11期42卷 3021-3027页

作者：程友良施宏波张宁赵娜史亚骏薛占璞华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室河北保定071003

新疆高钠煤储量大,且是良好的动力煤,然而其燃烧过程中结渣沾污严重,对锅炉的安全运行和经济性产生了影响。基于一维炉结渣实验台,对比分析新疆两种高钠煤的结渣特性,经过实验得出:在相同的容积热负荷下,准东高钠煤结渣比大南湖高钠煤... 详细信息

新疆高钠煤储量大,且是良好的动力煤,然而其燃烧过程中结渣沾污严重,对锅炉的安全运行和经济性产生了影响。基于一维炉结渣实验台,对比分析新疆两种高钠煤的结渣特性,经过实验得出:在相同的容积热负荷下,准东高钠煤结渣比大南湖高钠煤要严重;大南湖高钠煤较准东高钠煤更难通过掺烧低钠煤来改善结渣;两种高钠煤均易通过掺烧煤矸石来改善结渣状况且最佳掺烧比例为10%。该实验结果对新疆地区燃用高钠煤提供一定的参考。

关键词：高钠煤结渣特性一维炉掺烧

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新疆高钠煤脱钠提质过程中钠存在形式

煤炭学报 2014年第12期39卷 2519-2524页

作者：刘大海张守玉陈川涂圣康金涛郑红俊吴巧美邓文祥唐文蛟施大钟吕俊复上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海机易电站设备有限公司上海200437 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

为解决新疆高钠煤在燃烧利用过程中引起的结渣和沾污等问题,研发了一种洗涤溶液且对该溶液脱除新疆高钠煤中钠效果以及脱钠过程中钠存在形式进行了评估实验。结果表明:中国新疆高钠煤中的钠主要以水溶钠为主,有机钠和不可溶钠含量较少... 详细信息

为解决新疆高钠煤在燃烧利用过程中引起的结渣和沾污等问题,研发了一种洗涤溶液且对该溶液脱除新疆高钠煤中钠效果以及脱钠过程中钠存在形式进行了评估实验。结果表明:中国新疆高钠煤中的钠主要以水溶钠为主,有机钠和不可溶钠含量较少。工艺条件对脱钠效果的影响因煤种而有所不同。水溶钠的脱除主要与洗涤溶液用量和温度有关;粒径的减小和温度的提高能促进高钠煤中有机钠的扩散。在合适的工艺条件下高钠煤中大部分水溶钠和大约1/2有机钠被脱除,钠脱除效率达到50%以上。

关键词：高钠煤脱钠存在形式

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循环流化床工业气化炉高钠煤配煤气化

煤炭学报 2017年第4期42卷 1021-1027页

作者：张海霞刘伟伟于旷世朱治平郭学文吕清刚中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

印尼煤具有良好的气化反应活性,但煤灰分中的Na_2O质量分数较高,容易导致系统产生黏结、积灰和腐蚀等问题。利用Na_2O-SiO_2-Al_2O_3三元体系相图分析了印尼煤灰的相图特征,选择了掺配煤种并优化了配煤比例,进而在设计给煤量为350 t/d... 详细信息

印尼煤具有良好的气化反应活性,但煤灰分中的Na_2O质量分数较高,容易导致系统产生黏结、积灰和腐蚀等问题。利用Na_2O-SiO_2-Al_2O_3三元体系相图分析了印尼煤灰的相图特征,选择了掺配煤种并优化了配煤比例,进而在设计给煤量为350 t/d的循环流化床工业气化炉上,以印尼煤质量分数为75%的配煤为原料进行了168 h气化试验,考察了装置的运行特性和配煤的气化特性,并采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了气化灰渣的微观形貌和晶相组成。配煤气化试验过程中,炉膛底部温度和密相区压差稳定、无大幅波动,飞灰和底渣无明显变形或熔融现象发生,实现了高钠煤配煤气化的连续稳定运行。冷煤气效率为70.75%,碳转化率为89.49%,煤气热值为5.30 MJ/Nm^3。飞灰和底渣中钠长石的衍射峰均较弱,表明钠长石的生成量较少,可有效抑制低温共熔反应的发生。工业气化炉试验验证与三元相图理论分析基本一致。

关键词：循环流化床煤气化高钠煤配煤相图分析