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气化条件下煤灰熔融特性的试验研究

作　者: 王文杰
导　师: 秦裕琨；邱朋华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热能工程
关键词: IGCC 煤灰熔融特性积灰结渣矿物
分类号: TQ533
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

IGCC技术是洁净煤技术的重要发展方向,煤灰的熔融特性严重影响着IGCC系统的安全稳定运行,目前国内外对于IGCC系统内高温加压还原性合成气条件下煤灰熔融特性的研究还很少,本文通过煤灰熔融特性试验台、热重分析仪和加压热重仪并结合SEM、EDS、XRD等仪器对这种条件下的煤灰熔融性进行了试验研究。通过热分析试验表明,煤灰化学成分和矿物组成的差异性是决定熔融特性差异的根本原因,煤灰的熔融没有一个确定的温度,而是在一定的范围内出现多个熔融吸热峰,并同时表现出峰的重叠,气氛对热分析试验结果有重要影响,空气气氛能抑制CaSO₄的分解,CO₂气氛能抑制CaCO₃的分解,升温速率也会影响热分析试验结果,升温速率过低,峰型变得平坦而不明显,升温速率过高,吸热峰易重叠。通过对煤灰矿物质中的行为变迁试验研究表明,在非还原性气氛（空气气氛、氮气气氛和二氧化碳）下存在大量赤铁矿和硬石膏;在还原性气氛（气化气氛、弱还原性气氛）中赤铁矿和硬石膏逐渐消失,CO能与硬石膏反应生成陨硫钙石,CO₂能促使陨硫钙石转变为方钙石,还原性气氛中的还原性气体能使赤铁矿还原为FeO,FeO易于灰中物质形成低温共熔体,进而促进煤灰的熔融。还原性气氛对煤灰熔融特性的促进作用依赖于煤中铁的含量。升温过程与降温过程所含矿物相存在对应关系,在升温过程中形成的矿物相,虽然与FeO形成低温共熔体熔融,但在降温过程中随着温度降低这些熔融矿物质能被析出,析出量随温度降低而增大。压力对煤灰中的方解石和硬石膏的分解具有一定的抑制作用,较高的压力能降低方解石和硬石膏的分解程度,当气氛中氧气的分压达到一定程度时硬石膏不再分解,压力的抑制作用存在一定限度。通过对煤灰表面形貌研究表明,煤灰的熔融是一个循序渐进的过程,都由最初矿物的破碎和分解形成的大量碎屑状物质逐渐变为一个熔融的整体,煤灰中的矿物质和无定形体并不是独立存在的,而是以一种或几种矿物和共熔体共同混合的形式存在。相比于非还原性气体,煤灰在还原性气体气氛下表现出更多的熔融形貌,还原性气体能促进煤灰的熔融。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 我国能源利用现状  8-9
  1.2 IGCC技术简介  9-11
  1.3 煤灰熔融特性对IGCC系统的影响  11-12
  1.4 本文的研究目标  12-13
第2章煤灰熔融特性研究现状  13-30
  2.1 引言  13
  2.2 煤灰化学组成与煤灰熔融特性的关系  13-14
  2.3 煤灰矿物组成与煤灰熔融特性的关系  14-21
    2.3.1 煤灰中的矿物质分类  14-15
    2.3.2 煤和煤灰中的矿物组成  15-17
    2.3.3 煤灰矿物质在加热过程中的物相变化  17-19
    2.3.4 煤灰矿物组成和煤灰熔融特性的关系  19-21
  2.4 气氛对煤灰熔融特性的影响  21-22
  2.5 压力对煤灰熔融特性的影响  22-23
    2.5.1 压力对灰颗粒尺寸分布的影响  22
    2.5.2 压力对空心微珠灰形成的影响  22
    2.5.3 压力对外部矿物质的影响  22
    2.5.4 压力对挥发的影响  22-23
    2.5.5 压力对化学反应平衡的影响  23
    2.5.6 压力对凝结和聚合的影响  23
    2.5.7 压力对灰量的影响  23
  2.6 煤灰熔融特性的研究方法  23-28
    2.6.1 角锥法  24
    2.6.2 柱体法  24
    2.6.3 热机械分析（TMA）  24
    2.6.4 X射线衍射（XRD）  24-25
    2.6.5 扫描电子显微镜（SEM）  25
    2.6.6 热分析  25
    2.6.7 M?ssbauer谱仪法  25
    2.6.8 X射线光电子能谱（XPS）  25-26
    2.6.9 利用热力学平衡计算软件分析灰熔融特性  26
    2.6.10 灰柱电阻测定法  26
    2.6.11 压差法  26
    2.6.12 导热系数测定法  26-28
  2.7 目前研究存在的问题  28-29
  2.8 本章小结  29-30
第3章利用热分析方法研究煤灰的熔融特性  30-36
  3.1 引言  30-31
  3.2 灰样的选取与制取  31
  3.3 试验方法  31-32
  3.4 试验结果与分析  32-35
    3.4.1 气氛对热特性曲线的影响  34
    3.4.2 升温速率对热特性曲线的影响  34-35
  3.5 本章小结  35-36
第4章气化条件下煤灰矿物质行为变迁的试验研究  36-60
  4.1 引言  36
  4.2 试验装置  36-38
  4.3 试验内容  38
  4.4 试验结果与分析  38-40
  4.5 不同煤种矿物质变化特性  40-50
    4.5.1 神华煤灰在气化气氛下的试验结果  40-42
    4.5.2 不同气氛对神华煤灰矿物质变化的影响  42-46
    4.5.3 补连塔煤灰在气化气氛下的试验结果  46-47
    4.5.4 不同气氛对补连塔煤灰矿物质变化的影响  47-50
  4.6 降温过程对煤灰矿物质变化的影响  50-54
  4.7 压力对煤灰矿物质变化的影响  54-59
    4.7.1 试验装置  54-56
    4.7.2 试验内容  56
    4.7.3 试验结果与分析  56-59
  4.8 本章小结  59-60
第5章气化条件下煤灰表面形貌特征研究  60-83
  5.1 引言  60
  5.2 神华煤灰在气化气氛下SEM检测结果  60-65
  5.3 不同气氛对神华煤灰SEM检测结果  65-74
  5.4 神华煤灰在降温过程中的SEM检测结果  74-75
  5.5 神华煤灰在不同压力下的SEM检测结果  75-81
  5.6 本章小结  81-83
结论  83-85
参考文献  85-91
攻读学位期间发表的学术论文及其它成果  91-93
致谢  93

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