亚颗粒尺度煤灰颗粒熔化行为及气化反应特性研究
发布时间：2022-02-10 21:38
灰熔化行为是影响灰粘附性和排渣特性的重要因素。本文基于高温热台显微镜和扫描电镜及能谱仪,以高碱煤、非高碱煤及煤气化细渣为主要研究对象,从亚颗粒尺度元素非均分布展开,探究了高碱煤灰颗粒的局部熔化行为,研究了三种非高碱煤在亚颗粒尺度元素含量的波动性,并由不同样品在亚颗粒尺度的理化特性差异着手,研究了气化细渣的高温气化反应特性。主要内容如下:1.利用扫描电镜及能谱仪等仪器对进行准东高碱煤低温灰样和原位燃烧反应后的灰颗粒局部熔化行为进行研究,发现低温灰样中灰粒元素分布不均,灰颗粒在低于灰变形温度时会发生局部熔化现象,Na、Si和Mg元素对灰粒局部熔化行为起主导作用。2.基于三种非高碱煤灰颗粒的局部熔化行为,研究了不同熔化程度区域主要元素富集状态,分析了不同熔化程度区域主要元素含量的波动及其影响。结果发现,Na和Si元素在熔化区普遍具有较高的相对含量,而Mg、Al、Ca、Fe和S元素则在未熔化区相对含量较高。灰粒中初始液相的形成与富钠矿物有关,元素含量的波动可能会因矿物相互作用而引起低温共晶现象。3.采用高温热台显微镜对比研究了石油焦、煤气化细渣和神府煤焦的气化反应特性。结合不同样品的理化性质分...
【文章来源】：华东理工大学上海市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１原煤颗粒ＳＥＭ图川??
第４页?华东理工大学硕士学位论文??在高温下倾向于在高温下发生均匀的熔化过程，而元素分布不均的样品则表现出不均匀??的熔化过程。??Ｌ．＿＇?—，??＇．，義???（ａ）（ｂ）：扫描电镜图像；（ｃ）（ｄ）：透射电镜图像??图２．２煤焦颗粒显微图像Ｍ??Ｆｉｇ．?２．２?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｃｏａｌ?ｃｈａｒ?ｐａｒｔｉｃｌｅｓ??煤中的无机矿物在煤的燃烧和气化等过程中会发生碎裂以及熔化和粘附等现象，并??伴随着一系列复杂的物理化学变化而形成灰渣，同时存在少量无机组分在高温下挥发至??气相中图２．３中简要描述了煤颗粒在燃烧过程中内部和外部矿物质的转化过程＾。??如图２．３所示，煤颗粒在燃烧过程中首先经历热解阶段形成煤焦颗粒，在其燃烧过程中，??部分无机物如ＮａＣｋＫＣｌ等物质会释放至气相中，其中，内部矿物质在颗粒燃烧过程会??发生碎裂，部分发生熔化和团聚而形成灰颗粒。在图２．３中同样可以发现，煤中的内部??矿物质由于与碳的结合相对紧密，使得内部矿物质在煤颗粒燃烧过程中处于局部还原性??的气氛下，而外部矿物质则主要处于氧化性的气氛下，两者所处的局部气氛条件有所不??同。外部矿物质在高温下发生熔化，冷却固化后最终形成灰颗粒，部分易挥发组分同样??会释放至气相［４］。煤燃烧形成的灰颗粒可能发生烧结等现象，进而被反应器壁面捕获，??形成熔融渣层。图２．３中的所示内容说明了煤中不同矿物来源的矿物质的转化过程存在??一定差异，而在煤的气化过程中，煤颗粒中所含矿物质的转化相比燃烧过程的差异主要??在于气相主体气氛差异，颗粒主要处于弱还原性气氛下，内部和外部矿物的转化过程类??似燃烧过程。
?ｎ２?§Ｘ２?ＳｉＯ?§ｔ３?ＨｏｍｏｇｅｎｅｏＬＳ?＾＾ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ一－＊６??°２?／ｈ＾?您心?Ｐ?ｇ?Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ?＾?杉??，?１??（?Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ?＾??Ｈｅａｔｉｎｇ?一＾?Ｈｅａｔｉｎｇ?Ｓｏｌｉｄｆｆｉｃａｔ?ｏｎ?％ｒｔ＼ｃ＼ｅｓ??Ｅ）ｒｔｒａｎｅｏｕｓ?Ｍｉｎｅｒａｌｓ?Ｆｕｓｉｏｎ?Ｍｏｌｔｅｎ?ｓｌａａ??ｍｉｎｅｒａｌｓ?ｄｅｃｏｍｐｏｓ?ｔｉｏｎｓ?ｉｎ?ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ?ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ??图２．３煤中矿物Ｍ转化过程…??Ｆｉｇ．?２．３?Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｍｉｎｅｒａｌｓ?ｉｎ?ｃｏａｌ?ｐａｒｔｉｃｌｅｓ??２．１．２灰渣的利用??煤转化过程中产生的灰渣主要为煤中原本含有无机矿物质以及未完全反应的残碳，??对其中有价值的资源进行再次利用，并且优化工艺以减少灰渣中的可燃物含量具有实际??的研宄意义［１Ｄ，１５］。气流床煤气化工业产生的气化细渣，通常可用作建筑材料或加工制成??吸附剂等进行利用｜１６，１７１。Ｄｕ等［１８］将经过不同条件酸洗处理后的气化细渣结构进行实验??研宄，发现经过酸处理的气化细渣比表面积显著增加，可用作多孔材料。另一方面，由??于气流床气化炉中反应物料的停留时间相对较短，部分含碳颗粒未在气化炉内完全反应，??使得细渣中含有－定的可燃物１１９，２（）］。杜杰等［２１］研究了煤气化细渣的燃烧特性，发现将细??渣掺入燃料煤后的燃烧特性较好，具有应用价值。??２．２煤灰熔融特性??２．２．１煤灰熔融特性及测定??煤灰的熔融特性－般是指煤灰在高温条件下达到熔融状态的温度（Ａｓｈ?Ｆｕｓｉｏ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Characteristics of single petcoke particle during the gasification process at high temperatures[J]. Ming Liu,Zhongjie Shen,Qinfeng Liang,Jianliang Xu,Haifeng Liu. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2019(10)
[2]气化细渣基础燃烧特性试验研究[J]. 杜杰,戴高峰,李帅帅,王学斌,孙晓伟,谭厚章. 洁净煤技术. 2019(02)
[3]高温干燥对褐煤孔隙结构及水分复吸的影响[J]. 吴渊默,张守玉,张华,慕晨,李昊,宋晓冰,吕俊复. 化工学报. 2019(01)
[4]中国煤炭深加工及废弃物的综合利用[J]. 马林凤. 能源与节能. 2018(10)
[5]高碱煤燃烧过程中结渣机理研究进展[J]. 江锋浩,张守玉,黄小河,李昊,王才威,张一帆,吕俊复. 煤炭转化. 2018(02)
[6]煤气化渣对水泥混凝土性能的影响[J]. 刘开平,赵红艳,李祖仲,关羽,汤卓群,陈骞. 建筑科学与工程学报. 2017(05)
[7]阴、阳离子对石油焦气化反应的影响[J]. 卢磊,徐浩,赵东风. 化工进展. 2017(06)
[8]一种石油焦与CO2高温气化原位反应特性[J]. 柳明,沈中杰,韩冬,梁钦锋,许建良,刘海峰. 化工学报. 2017(04)
[9]高灰煤中矿物质及碳结构的振动光谱分析[J]. 尹艳山,张轶,陈厚涛,刘亮,鄢晓忠,陈冬林. 燃料化学学报. 2015(10)
[10]脱灰对两种烟煤半焦碳结构及CO2气化反应性的影响[J]. 林雄超,王彩红,田斌,张书,周剑林,王永刚. 中国矿业大学学报. 2013(06)
博士论文
[1]高温熔渣界面结晶及沉积颗粒反应机理[D]. 沈中杰.华东理工大学 2017
本文编号：3619572
【文章来源】：华东理工大学上海市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１原煤颗粒ＳＥＭ图川??
第４页?华东理工大学硕士学位论文??在高温下倾向于在高温下发生均匀的熔化过程，而元素分布不均的样品则表现出不均匀??的熔化过程。??Ｌ．＿＇?—，??＇．，義???（ａ）（ｂ）：扫描电镜图像；（ｃ）（ｄ）：透射电镜图像??图２．２煤焦颗粒显微图像Ｍ??Ｆｉｇ．?２．２?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｃｏａｌ?ｃｈａｒ?ｐａｒｔｉｃｌｅｓ??煤中的无机矿物在煤的燃烧和气化等过程中会发生碎裂以及熔化和粘附等现象，并??伴随着一系列复杂的物理化学变化而形成灰渣，同时存在少量无机组分在高温下挥发至??气相中图２．３中简要描述了煤颗粒在燃烧过程中内部和外部矿物质的转化过程＾。??如图２．３所示，煤颗粒在燃烧过程中首先经历热解阶段形成煤焦颗粒，在其燃烧过程中，??部分无机物如ＮａＣｋＫＣｌ等物质会释放至气相中，其中，内部矿物质在颗粒燃烧过程会??发生碎裂，部分发生熔化和团聚而形成灰颗粒。在图２．３中同样可以发现，煤中的内部??矿物质由于与碳的结合相对紧密，使得内部矿物质在煤颗粒燃烧过程中处于局部还原性??的气氛下，而外部矿物质则主要处于氧化性的气氛下，两者所处的局部气氛条件有所不??同。外部矿物质在高温下发生熔化，冷却固化后最终形成灰颗粒，部分易挥发组分同样??会释放至气相［４］。煤燃烧形成的灰颗粒可能发生烧结等现象，进而被反应器壁面捕获，??形成熔融渣层。图２．３中的所示内容说明了煤中不同矿物来源的矿物质的转化过程存在??一定差异，而在煤的气化过程中，煤颗粒中所含矿物质的转化相比燃烧过程的差异主要??在于气相主体气氛差异，颗粒主要处于弱还原性气氛下，内部和外部矿物的转化过程类??似燃烧过程。
?ｎ２?§Ｘ２?ＳｉＯ?§ｔ３?ＨｏｍｏｇｅｎｅｏＬＳ?＾＾ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ一－＊６??°２?／ｈ＾?您心?Ｐ?ｇ?Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ?＾?杉??，?１??（?Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ?＾??Ｈｅａｔｉｎｇ?一＾?Ｈｅａｔｉｎｇ?Ｓｏｌｉｄｆｆｉｃａｔ?ｏｎ?％ｒｔ＼ｃ＼ｅｓ??Ｅ）ｒｔｒａｎｅｏｕｓ?Ｍｉｎｅｒａｌｓ?Ｆｕｓｉｏｎ?Ｍｏｌｔｅｎ?ｓｌａａ??ｍｉｎｅｒａｌｓ?ｄｅｃｏｍｐｏｓ?ｔｉｏｎｓ?ｉｎ?ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ?ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ??图２．３煤中矿物Ｍ转化过程…??Ｆｉｇ．?２．３?Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｍｉｎｅｒａｌｓ?ｉｎ?ｃｏａｌ?ｐａｒｔｉｃｌｅｓ??２．１．２灰渣的利用??煤转化过程中产生的灰渣主要为煤中原本含有无机矿物质以及未完全反应的残碳，??对其中有价值的资源进行再次利用，并且优化工艺以减少灰渣中的可燃物含量具有实际??的研宄意义［１Ｄ，１５］。气流床煤气化工业产生的气化细渣，通常可用作建筑材料或加工制成??吸附剂等进行利用｜１６，１７１。Ｄｕ等［１８］将经过不同条件酸洗处理后的气化细渣结构进行实验??研宄，发现经过酸处理的气化细渣比表面积显著增加，可用作多孔材料。另一方面，由??于气流床气化炉中反应物料的停留时间相对较短，部分含碳颗粒未在气化炉内完全反应，??使得细渣中含有－定的可燃物１１９，２（）］。杜杰等［２１］研究了煤气化细渣的燃烧特性，发现将细??渣掺入燃料煤后的燃烧特性较好，具有应用价值。??２．２煤灰熔融特性??２．２．１煤灰熔融特性及测定??煤灰的熔融特性－般是指煤灰在高温条件下达到熔融状态的温度（Ａｓｈ?Ｆｕｓｉｏ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Characteristics of single petcoke particle during the gasification process at high temperatures[J]. Ming Liu,Zhongjie Shen,Qinfeng Liang,Jianliang Xu,Haifeng Liu. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2019(10)
[2]气化细渣基础燃烧特性试验研究[J]. 杜杰,戴高峰,李帅帅,王学斌,孙晓伟,谭厚章. 洁净煤技术. 2019(02)
[3]高温干燥对褐煤孔隙结构及水分复吸的影响[J]. 吴渊默,张守玉,张华,慕晨,李昊,宋晓冰,吕俊复. 化工学报. 2019(01)
[4]中国煤炭深加工及废弃物的综合利用[J]. 马林凤. 能源与节能. 2018(10)
[5]高碱煤燃烧过程中结渣机理研究进展[J]. 江锋浩,张守玉,黄小河,李昊,王才威,张一帆,吕俊复. 煤炭转化. 2018(02)
[6]煤气化渣对水泥混凝土性能的影响[J]. 刘开平,赵红艳,李祖仲,关羽,汤卓群,陈骞. 建筑科学与工程学报. 2017(05)
[7]阴、阳离子对石油焦气化反应的影响[J]. 卢磊,徐浩,赵东风. 化工进展. 2017(06)
[8]一种石油焦与CO2高温气化原位反应特性[J]. 柳明,沈中杰,韩冬,梁钦锋,许建良,刘海峰. 化工学报. 2017(04)
[9]高灰煤中矿物质及碳结构的振动光谱分析[J]. 尹艳山,张轶,陈厚涛,刘亮,鄢晓忠,陈冬林. 燃料化学学报. 2015(10)
[10]脱灰对两种烟煤半焦碳结构及CO2气化反应性的影响[J]. 林雄超,王彩红,田斌,张书,周剑林,王永刚. 中国矿业大学学报. 2013(06)
博士论文
[1]高温熔渣界面结晶及沉积颗粒反应机理[D]. 沈中杰.华东理工大学 2017
本文编号：3619572
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