還原性氣氛下淮南煤灰行為特征的研究.pdf

1、深入研究淮南煤中礦物組成、礦物粒度分布規(guī)律、還原性氣氛下灰的行為特征和熔融機(jī)理，對(duì)于從根本上解決淮南煤在氣化過(guò)程中與灰相關(guān)的各種技術(shù)和環(huán)境問(wèn)題具有重要的作用，對(duì)于淮南煤的清潔、高效、經(jīng)濟(jì)利用具有重要意義。本論文利用計(jì)算機(jī)控制掃描電鏡（CCSEM）、X射線衍射儀（XRD）、X射線熒光光譜（XRF）研究了淮南礦區(qū)煤樣的礦物組成、煤灰的晶體礦物組成和化學(xué)組成以及礦物顆粒分布規(guī)律；在還原性氣氛下，考查了利用助熔劑和配煤降低淮南煤灰熔融溫度，改善

2、粘溫特性的影響規(guī)律，探討了煤中礦物組成、晶體礦物組成與煤灰熔融溫度的關(guān)系；利用傅立葉變換紅外光譜儀（FT-IR）、XRD、CCSEM等現(xiàn)代分析測(cè)試手段，探討了助熔劑和配煤對(duì)淮南煤灰的礦物組成變化規(guī)律和煤灰熔融過(guò)程的影響機(jī)理；利用FactSage熱力學(xué)軟件計(jì)算了還原性氣氛下，隨溫度變化，煤灰液相生成量和礦物組成變化趨勢(shì)、對(duì)高溫下煤灰行為特征和煤灰熔融溫度進(jìn)行了預(yù)測(cè)。主要得到如下幾個(gè)方面的結(jié)論。 1.淮南煤中礦物組成和粒度組成分布規(guī)

3、律 （1）淮南煤中礦物主要由高嶺石、蒙脫石、石英、黃鐵礦、方解石、白云石、未知組成和其它微量礦物所組成。高嶺石等粘土礦物和石英含量占礦物含量的60％以上，高嶺石含量愈高的淮南煤，其煤灰熔融溫度也呈現(xiàn)愈高的趨勢(shì)?；茨厦号cG3、B1和H煤三種外地煤（煤灰熔融溫度小于1350℃）所含主要礦物組成種類基本相似，但含量差別很大，主要區(qū)別是淮南煤中高嶺石和其它粘土礦物含量高。粘土礦物、黃鐵礦、方解石和白云石含量對(duì)于煤灰熔融溫度高低起決定性作

4、用。 （2）淮南煤中高嶺石、石英礦物的粒度呈現(xiàn)雙峰分布的規(guī)律，直接導(dǎo)致煤中礦物顆粒分布也呈雙峰分布的趨勢(shì)，礦物顆粒直徑分別在10μm和100μm左右時(shí)達(dá)到最大值。蒙脫石、方解石和黃鐵礦顆粒的分布呈現(xiàn)單峰分布的規(guī)律，黃鐵礦在煤中主要以100μm大顆粒形式存在。礦物顆粒的大小和分布對(duì)煤氣化過(guò)程中灰的化學(xué)行為、熔融特性和飛灰粘附特性會(huì)產(chǎn)生重要的影響。 2.助熔劑與配煤對(duì)煤灰熔融溫度的影響 （1）ADC、ADF、ADN三

5、種助熔劑均可不同程度的降低淮南煤灰熔融溫度，三種助熔劑對(duì)淮南煤灰的助熔效果的排列順序?yàn)锳DN>ADF>ADC。ADC對(duì)HN115和HN119煤灰熔融溫度的影響趨勢(shì)相似，隨助熔劑加量增加，煤灰熔融溫度呈現(xiàn)先上升，迅速下降和上升的變化趨勢(shì)，說(shuō)明了ADC助熔劑助熔反應(yīng)的復(fù)雜性。ADN助熔劑對(duì)淮南四種煤的助熔效果十分明顯。ADN助熔劑的灰基添加量為4.55％時(shí)，可以使KL1煤灰熔融溫度降到1380℃，滿足Texaco液態(tài)排渣操作溫度的要求，助熔

6、效果相比其它淮南煤更為顯著。隨ADF添加量增加，四種淮南煤灰熔融溫度均呈線性下降趨勢(shì)。 （2）H、G3、B1煤與淮南煤配合可以使淮南煤灰流動(dòng)溫度降低至1380℃以下，滿足Texaco氣化爐運(yùn)行要求。三種煤對(duì)淮南煤配煤助熔效果排序?yàn)椋築1>H>G3。隨配煤比例的增加，除B1與HN106配煤灰流動(dòng)溫度呈現(xiàn)非線性變化趨勢(shì)外，配煤后煤灰的流動(dòng)溫度的變化呈現(xiàn)線性下降的變化趨勢(shì)。 （3）利用多元線性回歸原理，分別建立了助熔劑添加量、

7、配煤比例與淮南煤灰熔融溫度關(guān)系數(shù)學(xué)模型。 3.助熔劑與配煤對(duì)煤灰粘溫特性影響 （1）淮南HN119與KL1煤灰粘度對(duì)溫度變化的反應(yīng)較敏感，隨溫度的降低，粘度迅速升高，屬于“結(jié)晶渣”類型，不適合在液態(tài)排渣氣化爐中使用。在相同溫度下，B1和G3煤灰的粘度比淮南煤灰的粘度要低的多，B1煤的灰渣型為“近玻璃體”類型，G3煤為典型的“玻璃體渣”類型，較為適合在液態(tài)排渣氣化爐中使用。 （2）添加助熔劑和配煤都能有效降低淮南煤

8、灰渣粘度。添加灰基8.7％ADN助熔劑時(shí)，可以使HN119煤灰在1380℃時(shí)粘度達(dá)到20Pa·s，其渣型由“結(jié)晶渣”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖Ａw渣”類型。60％KL1與40％B1煤相配，粘度達(dá)到25Pa·s時(shí)對(duì)應(yīng)溫度比KL1原煤降低250℃，且渣型也由“結(jié)晶渣”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖Ａw渣”類型。 （3）三組粘度經(jīng)驗(yàn)公式被用于預(yù)測(cè)配煤和添加助熔劑后淮南煤灰的粘溫特性，并通過(guò)實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的對(duì)比討論了經(jīng)驗(yàn)公式的適用性。 4.高溫煤灰化學(xué)行為和熔

9、融機(jī)理研究 （1）XRD與FTIR分析結(jié)果表明，還原性氣氛下，當(dāng)溫度高于1350℃時(shí)，淮南煤灰主要含有莫來(lái)石和非晶態(tài)物質(zhì)，升溫過(guò)程中莫來(lái)石的形成是淮南煤灰熔融溫度高的主要原因。 （2）配煤可以有效降低淮南煤的熔融溫度，配入低灰熔融溫度煤后，高溫下莫來(lái)石衍射峰強(qiáng)度下降，同時(shí)形成鈣長(zhǎng)石、鐵橄欖石和鐵尖晶石，它們與石英等礦物之間易發(fā)生低溫共熔作用，形成低熔點(diǎn)的共晶體使得煤灰熔融溫度降低。添加助熔劑ADC、ADF和ADN后，在高

10、溫、還原性氣氛下，有效破壞了鋁硅酸鹽的結(jié)構(gòu)，抑制了高溫下莫來(lái)石的生成，同時(shí)鈉長(zhǎng)石、鈣長(zhǎng)石、鐵橄欖石的含量逐漸增多，與煤灰中石英等礦物在高溫下發(fā)生反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)的共晶體，從而降低熔融溫度。 5.利用FactSage熱力學(xué)軟件預(yù)測(cè)煤灰熔融過(guò)程 （1）FactSage熱力學(xué)軟件可以預(yù)測(cè)還原性氣氛下高溫煤灰行為和煤灰熔融溫度。對(duì)淮南原煤灰及淮南HN115（FT=1400℃）、HN106煤（FT>1600℃）添加ADC助熔劑后，

11、進(jìn)行了液相生成量計(jì)算，得出液相生成量為75-80％時(shí)，對(duì)應(yīng)的溫度與實(shí)測(cè)煤灰流動(dòng)溫度（FT）接近，可以很好的預(yù)測(cè)煤灰流動(dòng)溫度。 （2）利用FactSage熱力學(xué)軟件計(jì)算的高溫煤灰礦物的轉(zhuǎn)化過(guò)程與XRD分析的結(jié)果相一致。FactSage熱力學(xué)軟件結(jié)合XRD分析測(cè)試技術(shù)，可以用于很好的預(yù)測(cè)礦物之間的反應(yīng)、以及礦物的轉(zhuǎn)變和熔渣的形成?？梢杂脕?lái)定量預(yù)測(cè)在氣化過(guò)程熔渣的形成過(guò)程。 總之，本研究為高灰熔融性淮南煤在煤氣化過(guò)程中的清潔、