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还原性气氛下Fe对高温煤灰化学行为的影响研究

作　者: 曹祥
导　师: 李寒旭
学　校: 安徽理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 还原性气氛 Fe助剂灰渣矿物煤灰熔融特性铁钙比
分类号: TQ531
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文选取了铁含量存在明显差异的三个原煤,向其中加入不同的含Fe矿物(黄铁矿FeS2和还原铁粉Fe),采用XRF、XRD、灰熔融特性测定仪、FactSage等手段研究在高温还原性气氛下含Fe矿物种类和相对含量对煤灰化学成分、灰渣矿物组成、煤灰熔融特性、液相熔渣及固体矿物质结晶的影响；结合矿物因子MF及四组分似三元相图探讨了矿物质的种类和相对含量对煤灰熔融特性出现差异性的机理。总结全文,得到结论如下：(1)对三个原煤添加FeS2和Fe的实验方案进行类比,发现：煤灰流动温度前者较后者高；X-衍射图谱显示铁微粒衍射峰前者较后者宽泛弥散；某些添加FeS2方案的高温矿物中出现了渗碳体(Fe3C)和铁硅酸盐(Fe2.56Si0.44O4)>这两种高温矿物对铁微粒的形成起到抑制的作用。结合这三点推断,S元素的引入虽增加了煤灰的熔融温度,但在某种程度上却可以降低灰渣析铁的可能性。(2)从XRD半定量结果看,加入Fe助剂后,灰渣中铁钙含量发生改变,当灰渣中铁钙比C越接近于1.0时,灰渣中铁质微粒含量越低,仅从铁含量角度预测结渣倾向,得出结渣倾向越不明显。(3)含Fe矿物有助于含Fe矿物(FeS或铁-堇青石)的首先析出,这些矿物使得液相线温度LT有所降低。液相温度线LT以上,液渣中铁钙比C的值趋近于其煤灰原始铁钙比,LT以下,同C值方案曲线波动较小,因此仅从煤灰化学成分角度考量煤灰粘温特性有局限性,还得结合灰渣矿物组成的变化影响。(4)加入含Fe助剂以后,铁钙比越高,渣粘度为25Pa·s对应的操作温度T也越高。利用此可求解符合粘度要求的最佳铁钙比范围,也为预测25Pa·s对应的操作温度(确保T2SPa·s≤1400℃)提供了一个方法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
Contents  10-12
插图或附表清单  12-15
1 绪论  15-17
  1.1 课题的研究背景  15-16
  1.2 课题的研究意义  16-17
2 文献综述  17-30
  2.1 Shell煤气化技术  17-19
    2.1.1 Shell煤气化国内外发展历程  17-18
    2.1.2 Shell煤气化技术瓶颈  18-19
  2.2 气化炉高温煤灰化学行为的研究概述  19-24
    2.2.1 高温煤灰熔融特性的研究  20-22
    2.2.2 高温煤灰粘温特性的研究  22-24
  2.3 煤中含Fe矿物化学行为的研究概述  24-29
    2.3.1 Fe元素的赋存形态和元素迁移  24-25
    2.3.2 燃煤过程中Fe的迁移转化规律研究  25-26
    2.3.3 气化过程中高温煤灰化学行为的研究  26-28
    2.3.4 Shell气化炉“以渣抗渣”技术  28-29
  2.4 本章小结  29-30
3 实验部分  30-38
  3.1 实验依据  30-31
  3.2 实验原料  31-33
  3.3 实验方法及实验仪器  33-36
    3.3.1 煤灰熔融温度测定  33-34
    3.3.2 煤灰灰成分分析  34-35
    3.3.3 矿物组成分析  35-36
  3.4 目标铁钙比配比  36-38
4 含Fe助剂对煤灰熔融性的影响研究  38-47
  4.1 实验方案煤灰化学组成测定  38-39
  4.2 含Fe矿物对SH煤煤灰熔融性的影响研究  39-41
  4.3 含Fe矿物对LY煤煤灰熔融性的影响研究  41-43
  4.4 含Fe矿物对ZX煤煤灰熔融性的影响研究  43-45
  4.5 本章小结  45-47
5 Fe & Ca助剂对灰渣矿物组成的影响研究  47-70
  5.1 矿物质三种外溢方式  47-48
  5.2 实验装置的改造及原料选取  48-49
  5.3 灰渣矿物组成定性及半定量分析  49-67
    5.3.1 助剂对SH系列灰渣矿物组成的影响研究  49-55
    5.3.2 助剂对LY系列灰渣矿物组成的影响研究  55-62
    5.3.3 助剂对ZX系列灰渣矿物组成的影响研究  62-67
  5.4 本章小结  67-70
6 利用FactSage研究含Fe助剂对灰渣矿物组成的影响  70-83
  6.1 含Fe助剂对煤灰熔融温度的影响  71-75
    6.1.1 利用FactSage研究含Fe助剂对SH系列煤灰熔融温度的影响  71-72
    6.1.2 利用FactSage研究含Fe助剂对LY系列煤灰熔融温度的影响  72-74
    6.1.3 利用FactSage研究含Fe助剂对ZX系列煤灰熔融温度的影响  74-75
  6.2 含FE助剂对灰渣热力学反应平衡的影响  75-81
    6.2.1 含Fe助剂对SH系列灰渣热力学反应平衡的影响  75-78
    6.2.2 含Fe助剂对LY系列灰渣热力学反应平衡的影响  78-79
    6.2.3 含Fe助剂对ZX系列灰渣热力学反应平衡的影响  79-81
  6.3 本章小结  81-83
结论  83-85
参考文献  85-92
致谢  92-93
附录：作者简介及读研期间主要科研成果  93

还原性气氛下Fe对高温煤灰化学行为的影响研究

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