煤和生物质灰熔融特性及对耐火材料侵蚀机理研究
发布时间：2021-06-07 19:37
生物质受季节影响大、且挥发分和碱金属含量高,限制了生物质气化的规模。生物质与煤共气化弥补了生物质气化的不足,不仅可以降低污染物的排放,还可以降低煤灰的熔融温度,实现气化炉的顺利排渣。灰渣对耐火材料的侵蚀一直是影响气流床气化炉稳定运行和顺利排渣的关键问题,灰的熔融特性对气化炉设计、操作温度选取和排渣也具有重要意义。本文通过灰熔融实验、高温侵蚀实验、FactSage热力学模拟和分子动力学模拟对煤和生物质混合灰的灰熔融特性、矿物组成、灰渣对耐火材料的侵蚀机理及高温下灰渣的结构进行了系统的研究,具体内容包括:1.利用智能灰熔点测试仪检测弱还原性气氛下生物质（玉米秸秆（CS）和麦秸秆（WS））与神华烟煤（SH）混合灰的熔融温度,表明一定含量的CS和WS对神华烟煤均有一定的助熔作用,其中WS的助熔效果最明显。利用X射线荧光光谱仪（XRF）检测各灰样的化学成分,计算了灰的碱酸比,发现混合灰的流动温度（FT）和碱酸比的关联性较差。通过X射线衍射仪（XRD）以及FactSage热力学模拟软件计算分析了灰熔融过程中的矿物转化,发现CS掺混量达到30 wt%时,灰中的K2O与SiO2、Al2O3反应产生大量...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?２０１８年中国一次能源消费结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｃｈｉｎａ＇ｓ?ｐｒｉｍａｒｙ?ｅｎｅｒｇｙ?ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?２０１８??
度发展，原料种类向多煤种发??展，排渣方式由厨态排渣逐步转向液态排渣［１１］。气流床气化炉具肩，Ｉ化温度、气??化压力高，碳转化率高，生产能力强等优势［１２，１３］，符含工业发展趋势，已经成为??煤气化的主流技术。??Ｓｙｎｇａｓ?Ｓｙｎｇａｓ?Ｓｙｎｇａｓ??ｉｃ〇ａｉ?ｒｉＶ°ａｌ?ｎ??ＤＯＯＣ?〇０＾〇°°??ｍ?＿?｛??ｔ?ｗｃ〇ａ＇??＊?ｉ?〇２?了??Ａｓｈ?Ａｓｈ?Ｓｌａｇ??（ａ）固定床气化炉?（ｂ）流化床气化炉?（ｃ）气流床气化炉??图１．３气化炉的类型??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｔｈｅ?ｔｙｐｅ?ｏｆ?ｇａｓｉｆｉｅｒ??１．１．３气流床气化炉的排渣问题??气流床气化炉采用的都是液态排渣技术，操作温度范围约为１３００°Ｃ至??１６００°Ｃ［１４］。采用液态排渣的气化炉，要求操作温度应高于灰的流动温度，以避免??排渣过程灰渣在炉内耐火材料上的堆积，影响耐火材料的使用寿命。因此，灰的??流动温度（ＦＴ）直接关系到气化炉能否顺利排淹。液态排渣过程的示意图如图１．４??所示，熔融灰渣流过炉壁并与炉壁上的耐火材料接触，熔渣会对耐火材料进行侵??３??
煤和生物质灰烙融特性及对耐火材料侵蚀机理研究??蚀，引起耐火材料结构的损坏，影响炉子的长期运行》熔渣对耐火材料的侵蚀方??式主要有两种，一种是熔渣向耐火材料气孔的浸透，另：一种是耐火材料向熔渣中??的溶解蚀损［１３＿１７］。熔渣与耐火材料发生之间的相互作用，改变了耐火材料结构和??特性，容易引起耐火材料剥落，降低耐火材料的使用寿命。??ＸＩ??１．炉壁：２．炉渣??图１．４液态排渣示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌｉｑｕｉｄ?ｓｌａｇ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ??为了提高气化炉的经济性，对液态排渣炉的研宄也是当前的热点问题，一般??从两个方向研究。…种方式是采用“以渣抗渣”的水冷壁技术，在水冷壁内形成??一层灰渣层以阻止熔融灰渣对壁面的进一步侵蚀（例如Ｓｈｅｌｌ气化炉）［１８］。另一??种方式就是在耐火材料Ｊｌ餐求突破，很多研究趋向于通过研宄炉渣与耐火材料的??反应机理开发出具有优异耐腐蚀性的耐火材料作为炉衬材料。在上．个世纪，Ｂ经??有学者通过分析炉渣与耐火材料之间的相互作用评估了煤气化炉中使用的耐火??材料的特性［１９＿２２］。最终，高铬氧化物耐火材料由于具有出色的抗炉渣侵蚀性能被??广泛用于气化炉［２３＿２５］。目前耐火材料的失效机理被认为是熔渣对耐火材料的化学??溶蚀、化学剥落导致材料突然损坏以及熔渣对耐火材料的渗透造成的结构剥落［１７］。??在耐火材料与灰渣相互作用的过程中，煤灰的熔融温度、灰成分组成以及灰的酸??碱度等是影响侵蚀程度的关键因素［１６］。此外，有研宄表明灰渣对耐火材料的侵蚀??程度还与耐火材料的组成和致密性有关［２６］。因此，深入研宄气化炉灰渣特性、耐??
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤气化技术发展现状及趋势[J]. 张云,杨倩鹏. 洁净煤技术. 2019(S2)
[2]典型秸秆类生物质灰的特性研究[J]. 许洁,李帅丹,刘帅君. 热能动力工程. 2019(12)
[3]煤气化技术用耐火材料及发展趋势[J]. 李红霞,孙红刚. 耐火材料. 2018(02)
[4]长治煤与生物质混合灰熔融特性研究[J]. 马修卫,李风海,马名杰,房倚天. 燃料化学学报. 2018(02)
[5]CaO含量对高钠煤灰熔融特性的影响[J]. 王东旭,祁超,王洋,李文艳,肖海平,康志忠. 燃料化学学报. 2017(09)
[6]Al2O3-C材料中Ti（C,N）的形成及其抗气化炉渣侵蚀性能研究[J]. 别传玉,李亚伟,桑绍柏,张雨,梁雄. 硅酸盐通报. 2017(03)
[7]粉煤气化炉水冷壁用SiC-Al2O3-Cr2O3系捣打料的应用实践[J]. 盈生才,任隽,周涛. 耐火材料. 2016(06)
[8]高温气化条件下Na2O对煤灰中矿物质演化行为的影响[J]. 陈晓东,孔令学,白进,白宗庆,李文. 燃料化学学报. 2016(03)
[9]高碱金属准东煤灰熔融过程的矿物质衍变[J]. 周永刚,范建勇,李培,王炳辉,赵虹. 浙江大学学报(工学版). 2015(08)
[10]水煤浆气化炉煤渣对高铬砖侵蚀的热力学模拟[J]. 赵世贤,蔡斌利,孙红刚,李鹏涛,闫双志,石干,王刚. 耐火材料. 2015(01)
硕士论文
[1]CaO-Al2O3-SiO2-TiO2微晶玻璃体系微观结构的分子动力学模拟[D]. 王健健.山东建筑大学 2017
[2]微晶玻璃的分子动力学研究[D]. 朱才镇.深圳大学 2007
本文编号：3217180
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?２０１８年中国一次能源消费结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｃｈｉｎａ＇ｓ?ｐｒｉｍａｒｙ?ｅｎｅｒｇｙ?ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?２０１８??
度发展，原料种类向多煤种发??展，排渣方式由厨态排渣逐步转向液态排渣［１１］。气流床气化炉具肩，Ｉ化温度、气??化压力高，碳转化率高，生产能力强等优势［１２，１３］，符含工业发展趋势，已经成为??煤气化的主流技术。??Ｓｙｎｇａｓ?Ｓｙｎｇａｓ?Ｓｙｎｇａｓ??ｉｃ〇ａｉ?ｒｉＶ°ａｌ?ｎ??ＤＯＯＣ?〇０＾〇°°??ｍ?＿?｛??ｔ?ｗｃ〇ａ＇??＊?ｉ?〇２?了??Ａｓｈ?Ａｓｈ?Ｓｌａｇ??（ａ）固定床气化炉?（ｂ）流化床气化炉?（ｃ）气流床气化炉??图１．３气化炉的类型??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｔｈｅ?ｔｙｐｅ?ｏｆ?ｇａｓｉｆｉｅｒ??１．１．３气流床气化炉的排渣问题??气流床气化炉采用的都是液态排渣技术，操作温度范围约为１３００°Ｃ至??１６００°Ｃ［１４］。采用液态排渣的气化炉，要求操作温度应高于灰的流动温度，以避免??排渣过程灰渣在炉内耐火材料上的堆积，影响耐火材料的使用寿命。因此，灰的??流动温度（ＦＴ）直接关系到气化炉能否顺利排淹。液态排渣过程的示意图如图１．４??所示，熔融灰渣流过炉壁并与炉壁上的耐火材料接触，熔渣会对耐火材料进行侵??３??
煤和生物质灰烙融特性及对耐火材料侵蚀机理研究??蚀，引起耐火材料结构的损坏，影响炉子的长期运行》熔渣对耐火材料的侵蚀方??式主要有两种，一种是熔渣向耐火材料气孔的浸透，另：一种是耐火材料向熔渣中??的溶解蚀损［１３＿１７］。熔渣与耐火材料发生之间的相互作用，改变了耐火材料结构和??特性，容易引起耐火材料剥落，降低耐火材料的使用寿命。??ＸＩ??１．炉壁：２．炉渣??图１．４液态排渣示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌｉｑｕｉｄ?ｓｌａｇ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ??为了提高气化炉的经济性，对液态排渣炉的研宄也是当前的热点问题，一般??从两个方向研究。…种方式是采用“以渣抗渣”的水冷壁技术，在水冷壁内形成??一层灰渣层以阻止熔融灰渣对壁面的进一步侵蚀（例如Ｓｈｅｌｌ气化炉）［１８］。另一??种方式就是在耐火材料Ｊｌ餐求突破，很多研究趋向于通过研宄炉渣与耐火材料的??反应机理开发出具有优异耐腐蚀性的耐火材料作为炉衬材料。在上．个世纪，Ｂ经??有学者通过分析炉渣与耐火材料之间的相互作用评估了煤气化炉中使用的耐火??材料的特性［１９＿２２］。最终，高铬氧化物耐火材料由于具有出色的抗炉渣侵蚀性能被??广泛用于气化炉［２３＿２５］。目前耐火材料的失效机理被认为是熔渣对耐火材料的化学??溶蚀、化学剥落导致材料突然损坏以及熔渣对耐火材料的渗透造成的结构剥落［１７］。??在耐火材料与灰渣相互作用的过程中，煤灰的熔融温度、灰成分组成以及灰的酸??碱度等是影响侵蚀程度的关键因素［１６］。此外，有研宄表明灰渣对耐火材料的侵蚀??程度还与耐火材料的组成和致密性有关［２６］。因此，深入研宄气化炉灰渣特性、耐??
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤气化技术发展现状及趋势[J]. 张云,杨倩鹏. 洁净煤技术. 2019(S2)
[2]典型秸秆类生物质灰的特性研究[J]. 许洁,李帅丹,刘帅君. 热能动力工程. 2019(12)
[3]煤气化技术用耐火材料及发展趋势[J]. 李红霞,孙红刚. 耐火材料. 2018(02)
[4]长治煤与生物质混合灰熔融特性研究[J]. 马修卫,李风海,马名杰,房倚天. 燃料化学学报. 2018(02)
[5]CaO含量对高钠煤灰熔融特性的影响[J]. 王东旭,祁超,王洋,李文艳,肖海平,康志忠. 燃料化学学报. 2017(09)
[6]Al2O3-C材料中Ti（C,N）的形成及其抗气化炉渣侵蚀性能研究[J]. 别传玉,李亚伟,桑绍柏,张雨,梁雄. 硅酸盐通报. 2017(03)
[7]粉煤气化炉水冷壁用SiC-Al2O3-Cr2O3系捣打料的应用实践[J]. 盈生才,任隽,周涛. 耐火材料. 2016(06)
[8]高温气化条件下Na2O对煤灰中矿物质演化行为的影响[J]. 陈晓东,孔令学,白进,白宗庆,李文. 燃料化学学报. 2016(03)
[9]高碱金属准东煤灰熔融过程的矿物质衍变[J]. 周永刚,范建勇,李培,王炳辉,赵虹. 浙江大学学报(工学版). 2015(08)
[10]水煤浆气化炉煤渣对高铬砖侵蚀的热力学模拟[J]. 赵世贤,蔡斌利,孙红刚,李鹏涛,闫双志,石干,王刚. 耐火材料. 2015(01)
硕士论文
[1]CaO-Al2O3-SiO2-TiO2微晶玻璃体系微观结构的分子动力学模拟[D]. 王健健.山东建筑大学 2017
[2]微晶玻璃的分子动力学研究[D]. 朱才镇.深圳大学 2007
本文编号：3217180
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