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携带床气化条件下灰渣熔融特性实验研究

作　者: 邬士军
导　师: 邱朋华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 灰渣熔融特性废热锅炉携带床灰渣形成条件
分类号: TQ545
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

煤气化技术是高效、清洁利用煤炭的重要技术之一，而废热锅炉是携带床煤气化工艺中保障系统正常运行和高效率利用能源的关键设备。煤灰的熔融特性直接影响废热锅炉的合理设计和安全运行，许多在运行的废热锅炉由于对煤灰熔融特性考虑不足而出现了严重的积灰结渣问题，而目前国内外对于携带床条件下形成的灰渣的熔融特性研究还很少。本文利用SEM-EDX和XRD等仪器，使用两段式沉降炉实验台对携带床气化条件下形成的灰渣的熔融特性进行实验研究，并比较携带床条件、固定床定温加热条件和固定床定温加热后降温条件下形成的灰渣的熔融特性。通过对携带床反应条件下灰渣熔融特性实验研究表明，该反应条件的快速加热后快速冷却的反应特性决定了灰渣在低温下具有较多的晶体成分。钙长石是两种煤灰中主要成分，煤灰中CaO含量越高，灰渣中越容易出现富Ca矿物如钙长石；较高的Fe2O3含量导致富Fe矿物的生成，神华煤N中Fe含量较高，灰渣中钙铁辉石含量较高。由于晶体析出形成的骨架结构和低温熔体的熔融作用，在500~900℃之间灰渣表面有较多的孔隙结构。灰渣的SEM-EDX分析表明，灰成分中Na，K元素含量越高，灰渣越容易在表面沾污；S，Fe元素含量越高，灰渣表面越容易富集FeS，而在800~1000℃下容易熔融和沾污。通过对三种形成条件下灰渣熔融特性研究表明，固定床定温加热反应条件是一个灰中简单氧化物和盐在加热时逐渐反应形成复杂化合物、复杂化合物相互作用共融的过程，形成的灰渣与携带床条件下的形貌和成分组成基本没有相似之处；固定床定温加热后降温反应条件是一个在完全混合熔融体中析出晶体的过程，两种条件下灰渣形成机理相似，灰渣的形貌和晶体成分相似，固定床定温加热后降温条件下灰渣的凝结温度更高，在相同温度下灰渣更容易凝结析出晶体，而对灰渣的性质进行预测和判断，但是与实际的废热锅炉中灰渣性质有差异。固定床定温加热反应条件适用于对不同煤种灰的熔融流动温度进行研究和测定；固定床定温加热后降温反应条件适用于预测在冷却沾污过程中形成灰渣的矿物成分和特性；携带床反应条件与真实的气化炉内灰渣冷却沾污条件相似，适用于对固定床定温加热后降温条件下的实验结果进行验证，对实际气化炉后废热锅炉中沾污灰渣形貌特征和成分组成进行预测。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题的研究背景  9-14
    1.1.1 能源利用现状  9-10
    1.1.2 煤气化技术与废热锅炉的应用  10-12
    1.1.3 废热锅炉运行中出现的问题  12-14
  1.2 灰渣的熔融特性研究现状  14-16
  1.3 本文的主要研究内容  16-17
第2章实验系统及仪器介绍  17-26
  2.1 两段式沉降炉实验系统  17-22
    2.1.1 反应器本体及加热系统  18-19
    2.1.2 给料系统  19-20
    2.1.3 配气系统  20-21
    2.1.4 气体成分分析系统  21-22
  2.2 扫描电子显微镜和 X 射线能谱仪  22-24
  2.3 X 射线衍射仪  24-26
第3章携带床气化条件下灰渣熔融特性研究  26-58
  3.1 煤灰的制取和实验方法  26-30
    3.1.1 实验用煤的煤质分析  26-27
    3.1.2 实验原料灰的制取  27-29
    3.1.3 实验步骤  29-30
  3.2 灰渣宏观形貌特征分析  30-32
  3.3 灰渣微观形貌和表面元素成分分析  32-43
    3.3.1 神华煤 N 灰渣的 SEM-EDX 分析  32-37
    3.3.2 神华煤 H 灰渣的 SEM-EDX 分析  37-42
    3.3.3 两种煤灰渣外貌特征和元素成分比较  42-43
  3.4 灰渣主要矿物成分分析  43-47
  3.5 携带床反应特性对灰渣特性的影响  47-51
    3.5.1 携带床反应特性分析  47-48
    3.5.2 灰渣中晶体成分分析  48-51
  3.6 灰渣表面孔隙及成分特征分析  51-56
    3.6.1 灰渣表面的 K、Na 元素分析  51-52
    3.6.2 灰渣表面孔隙成因分析  52-55
    3.6.3 灰渣表面的 FeS 颗粒  55-56
  3.7 本章小结  56-58
第4章不同形成条件下灰渣的熔融特性研究  58-72
  4.1 实验对象和实验方法  58-59
  4.2 不同形成条件下灰渣 SEM-EDX 和 XRD 分析结果  59-64
  4.3 形成条件的特性对灰渣特性的影响  64-71
    4.3.1 携带床与固定床定温加热条件下灰渣特性比较  64-67
    4.3.2 携带床与固定床定温加热后降温条件下灰渣特性比较  67-70
    4.3.3 三种灰渣形成条件的适用范围分析  70-71
  4.4 本章小结  71-72
结论  72-74
参考文献  74-78
附录  78-80
攻读硕士学位期间发表论文及其它成果  80-82
致谢  82

携带床气化条件下灰渣熔融特性实验研究

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