新疆典型高钠煤中碱金属迁移特性研究
发布时间：2020-11-05 02:49
新疆的煤炭资源储量丰富,是我国重要的能源基地。但新疆地区煤中碱金属含量偏高,在利用过程中,碱金属的挥发导致了设备中出现积灰、结渣、沾污、腐蚀等问题,给煤炭资源的利用带来不利因素。为了解决高钠煤中碱金属产生的一系列问题,我们开展了对三种新疆典型高钠煤碱金属的迁移规律的研究。本论文选择了伊犁煤、呼图壁煤、淖毛湖煤三种煤进行了系统的分析。表明三种煤属于典型高钠煤,伊犁煤和淖毛湖煤以水溶钠为主要存在形式,分别占各自总钠的80.08%及82.10%;HTB煤中钠主要以不溶态存在,占HTB煤总钠的61.54%。三种原煤中的钾,主要都是以不溶钾的形式存在。另外伊犁、呼图壁、淖毛湖煤中阴离子中硫酸根含量都较高,分别为2998.9μg/g、781.9μg/g、1030.7μg/g,氯元素含量也较高。在固定床反应器中研究了伊犁煤、呼图壁煤碱金属的迁移规律,考察了N_2、CO_2、80%H_2O+20%N_2气氛及温度对两种煤碱金属迁移规律的影响。结果表明:YL煤的形态钠中水溶钠占80.08%,HTB煤的形态钠中不溶钠占61.54%。不同气氛下,升高温度都可促进两种煤中钠的挥发,半焦中水溶钠比例减小,醋酸铵可溶钠比例会出现先增加后减小现象,盐酸可溶钠比例呈增加趋势。对于YL煤,CO_2气氛可抑制钠的挥发,H_2O蒸气可促进钠的挥发;900℃时,YL煤CO_2气氛下钠挥发仅为N_2气氛下的50.25%,而H_2O气氛钠挥发达到N_2气氛下的111.45%。对于HTB煤,CO_2气氛也可抑制钠的挥发,900℃时CO_2气氛下钠挥发为N_2气氛的80.91%;HTB煤在H_2O蒸气下,800℃之前钠挥发高于N_2,当900℃时,钠挥发略低于N_2气氛。YL煤形态钠中以水溶钠为主,其挥发的同时会向盐酸可溶钠及不溶钠转变。而HTB煤形态钠中以不溶钠为主,其次是水溶钠,CO_2和H_2O气氛能促进不溶钠向其他可溶态钠转变。钾在热解气化中主要以不溶态存在,且钾的整体迁移量较小。比较三种气氛下的钠挥发量,发现在CO_2气氛下,钠的挥发度最小,80%H_2O+20%N_2气氛下,钠的挥发度最大。对淖毛湖煤进行了固定床热解气化反应、模拟移动床热解气化反应及腐蚀实验。结果表明:固定床热解气化反应中,水溶态钠对钠整体迁移贡献较大,且主要在气化前期析出并参与迁移。在热解气化过程中,相对于钠迁移,钾整体迁移量较少,且主要以不溶态钾为主要存在形式。模拟移动床热解气化反应中,N_2、CO_2、80%H_2O+20%N_2气氛下各溶态总钠在低温下会有富集,最高百分比值分别达到129.09%、119.32%、182.13%;另外,N_2气氛下在3号位(686℃)各溶态总钠有最小值,CO_2气氛和80%H_2O+20%N_2气氛下在4号位(820℃)各溶态总钠有最小值,分别达到57.10%、57.76%、30.54%。腐蚀实验中,利用SEM-EDX(扫描电镜和X-射线能谱)分析N_2、CO_2、80%H_2O+20%N_2三种气氛下的腐蚀情况。结果表明:温度升高,腐蚀加重,且水蒸气下腐蚀最严重。腐蚀与碱金属、氯元素、硫元素等有关。
【学位单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ536
【部分图文】：
新疆典型高钠煤中碱金属迁移特性研究10图1-1 移动床反应器床层温度分布Fig.1-1 Bed temperature distribution of moving bed reactor1.5 碱金属的腐蚀相比于其他形式的反应器，固定床反应器无耐火衬里，而采用堆镍的方法防腐蚀，成本较高。高钠煤中高含量的钠会对设备有一定的影响，钠会在热解过程中形成多种化合物，一部分化合物会在加热层，在高温的作用下，腐蚀设备。矿床组成中钠含量越高，粘结到表面的程度就越高。许多学者致力于研究锅炉热交换表面结垢。哈尔滨锅炉厂已在 300 MW 锅炉掺烧准东进行测试，经过十几天的运行，对流受热面被严重的结渣和灰堵塞、沉积。在这个试验中，在矿渣和沉积物中发现了大量的硫酸钙，证明除了碱金属，硫化物和钙盐在结渣和积灰中也起着重要作用[35]。Hao等开发了一款由CCD和热通量监测系统在线记录300kW试验炉沉积厚度和热通量的灰沉积探针，结果表明，矿床生长过程由四个阶段组成，结渣矿床呈层状结构[75]。 Chadwick 等人测定了烟气中的碱金属
反应完毕后，保持通气，等反应器温度降为室温，将焦样取出，并进行形态钠分析。石英管、吸收瓶及盘管由丙酮多次清洗，定容并分析，计入挥发碱金属含量。图2-1 固定床反应器实验示意图1.气瓶 2.流量计 3.管式炉 4.温控 5.吸收瓶 6.盘管 7.吸收瓶 8.冷阱Figure 2-1 Schematic diagram of the fixed bed reactor1. Gas cylinder 2. Flowmeter 3. Tube furnace 4. Temperature control 5. Absorption bottle 6. Coil7. Absorption bottle 8. Cold trap2.2.3 模拟移动床热解气化试验模拟移动床反应器是在卧式固定床反应器的基础上加以改动，形成模拟移动床实验环境，并进行的实验过程。根据移动床的特点以及移动床的床层分布，我们在固定床反应器中进行模拟移动床热解气化反应，从而研究模拟移动床中碱金属的迁移特性。实验反应器示意图见图 2-2。管式炉内径 30mm，长度为 450mm。石英管内径 20mm，长度为 1000mm。实验流程如下：在原有的卧式固定床反应器中放入 6 位石英吊兰，各石英吊兰中准确称量并填入 2g 煤样，石英吊兰两头以石英棉固定
新疆典型高钠煤中碱金属迁移特性研究17图2-2 模拟移动床反应器示意图1.石英棉 2.煤样 3.管式炉Fig. 2-2 Schematic diagram of the simulated moving bed reactor1. quartz cotton 2. coal sample 3. tube furnace2.2.4 腐蚀实验我们在固定床反应器中进行了腐蚀实验，挂片材质为 G20。首先对实验用的标准挂片进行打磨抛光。打磨时，将铁片试样固定，将打磨机轻压在试样磨面上，并向前单方向推移磨制，回拉时提起打磨机，不与试样碰触，以此反复打磨。砂纸按粗细分为 200 号、500 号、800 号、1000 号、1500 号、2000 号等几种。细磨时，依次从 200 号磨至 2000 号，打磨至镜面；机械抛光时，将抛光布固定在抛光盘上，抛光盘由电机带动旋转，布上置有抛光液，抛光盘以一定的压力压在试样上进行抛光。抛光完毕后在乙醇溶液中密封，放置备用。腐蚀实验在卧式固定床反应器中进行
【参考文献】
本文编号：2871009
【学位单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ536
【部分图文】：
新疆典型高钠煤中碱金属迁移特性研究10图1-1 移动床反应器床层温度分布Fig.1-1 Bed temperature distribution of moving bed reactor1.5 碱金属的腐蚀相比于其他形式的反应器，固定床反应器无耐火衬里，而采用堆镍的方法防腐蚀，成本较高。高钠煤中高含量的钠会对设备有一定的影响，钠会在热解过程中形成多种化合物，一部分化合物会在加热层，在高温的作用下，腐蚀设备。矿床组成中钠含量越高，粘结到表面的程度就越高。许多学者致力于研究锅炉热交换表面结垢。哈尔滨锅炉厂已在 300 MW 锅炉掺烧准东进行测试，经过十几天的运行，对流受热面被严重的结渣和灰堵塞、沉积。在这个试验中，在矿渣和沉积物中发现了大量的硫酸钙，证明除了碱金属，硫化物和钙盐在结渣和积灰中也起着重要作用[35]。Hao等开发了一款由CCD和热通量监测系统在线记录300kW试验炉沉积厚度和热通量的灰沉积探针，结果表明，矿床生长过程由四个阶段组成，结渣矿床呈层状结构[75]。 Chadwick 等人测定了烟气中的碱金属
反应完毕后，保持通气，等反应器温度降为室温，将焦样取出，并进行形态钠分析。石英管、吸收瓶及盘管由丙酮多次清洗，定容并分析，计入挥发碱金属含量。图2-1 固定床反应器实验示意图1.气瓶 2.流量计 3.管式炉 4.温控 5.吸收瓶 6.盘管 7.吸收瓶 8.冷阱Figure 2-1 Schematic diagram of the fixed bed reactor1. Gas cylinder 2. Flowmeter 3. Tube furnace 4. Temperature control 5. Absorption bottle 6. Coil7. Absorption bottle 8. Cold trap2.2.3 模拟移动床热解气化试验模拟移动床反应器是在卧式固定床反应器的基础上加以改动，形成模拟移动床实验环境，并进行的实验过程。根据移动床的特点以及移动床的床层分布，我们在固定床反应器中进行模拟移动床热解气化反应，从而研究模拟移动床中碱金属的迁移特性。实验反应器示意图见图 2-2。管式炉内径 30mm，长度为 450mm。石英管内径 20mm，长度为 1000mm。实验流程如下：在原有的卧式固定床反应器中放入 6 位石英吊兰，各石英吊兰中准确称量并填入 2g 煤样，石英吊兰两头以石英棉固定
新疆典型高钠煤中碱金属迁移特性研究17图2-2 模拟移动床反应器示意图1.石英棉 2.煤样 3.管式炉Fig. 2-2 Schematic diagram of the simulated moving bed reactor1. quartz cotton 2. coal sample 3. tube furnace2.2.4 腐蚀实验我们在固定床反应器中进行了腐蚀实验，挂片材质为 G20。首先对实验用的标准挂片进行打磨抛光。打磨时，将铁片试样固定，将打磨机轻压在试样磨面上，并向前单方向推移磨制，回拉时提起打磨机，不与试样碰触，以此反复打磨。砂纸按粗细分为 200 号、500 号、800 号、1000 号、1500 号、2000 号等几种。细磨时，依次从 200 号磨至 2000 号，打磨至镜面；机械抛光时，将抛光布固定在抛光盘上，抛光盘由电机带动旋转，布上置有抛光液，抛光盘以一定的压力压在试样上进行抛光。抛光完毕后在乙醇溶液中密封，放置备用。腐蚀实验在卧式固定床反应器中进行
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 王文慧;贾宝玉;姚洪;李显;;准东煤热解过程中钠的迁移规律研究[J];工程热物理学报;2015年12期
2 傅勇强;汪华剑;李奎;陈乃晓;王礼鹏;赵永椿;姚斌;;燃用准东煤锅炉渣样形貌及矿物组成特征[J];热力发电;2015年07期
3 刘大海;张守玉;涂圣康;金涛;施登宇;裴育峰;;五彩湾煤中钠在热解过程中的形态变迁[J];燃料化学学报;2014年10期
4 汪宝林;;煤气化化学与技术进展[J];洁净煤技术;2014年03期
5 刘敬;王智化;项飞鹏;黄镇宇;刘建忠;周俊虎;岑可法;;准东煤中碱金属的赋存形式及其在燃烧过程中的迁移规律实验研究[J];燃料化学学报;2014年03期
6 陈川;张守玉;刘大海;郭熙;董爱霞;熊绍武;施大钟;吕俊复;;新疆高钠煤中钠的赋存形态及其对燃烧过程的影响[J];燃料化学学报;2013年07期
7 张守玉;陈川;施大钟;吕俊复;王健;郭熙;董爱霞;熊绍武;;高钠煤燃烧利用现状[J];中国电机工程学报;2013年05期
8 于强;张健强;;燃用高钠煤对锅炉受热面的影响[J];锅炉制造;2012年04期
9 徐静;蔡东方;王梓召;王黎;冯霄;;煤气化耦合C_1合成反应热力学分析[J];石油化工;2011年12期
10 陈仲波;;煤气化的工艺技术对比与选择[J];化学工程与装备;2011年04期
相关博士学位论文 前1条
1 兰泽全;煤和黑液水煤浆沾污结渣机理及灰沉积动态特性研究[D];浙江大学;2004年
本文编号：2871009
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/2871009.html
最近更新
教材专著
