煤灰熔融特性的影响因素及其调控的实验研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhouxiangguchan
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煤灰熔融特性是判断煤灰结渣程度的重要参数,炉内结渣影响锅炉的高效、安全运行,因此,研究煤灰熔融特性的影响因素及其调控方法对动力煤的有效利用具有重要意义。本文针对六种煤灰成分差异较大煤样熔融特性的影响因素和灰熔融温度的调控手段进行实验研究,利用XRD、SEM、SEM-EDS、三元相图等分析手段,探讨了煤灰化学成分对煤灰灰熔融温度的影响,分析煤灰熔融特性的变化规律及其机理,找到了调节煤灰熔融温度的几种方法,并建立了煤灰熔融温度的预测模型。在研究煤灰成分对煤灰熔融性的影响过程中,考虑到煤灰成分组成的复杂性,采用模拟灰替代原煤灰的方法来研究煤灰成分对灰熔融性的影响规律,以A灰样为研究对象,采用人工配灰法配制化学组分与A灰样相似的人工灰样,以便于控制煤灰中各组分的种类和含量。结果表明,煤灰的熔融温度随Al2O3和CaO呈现先降低后升高的趋势。A煤灰中Al2O3和CaO的含量在15%和20%左右时,A煤灰的熔融温度最低;由于煤灰中Al2O3含量一般大于15%,所以Al2O3通常起提高灰熔点的作用;TiO2起提高灰熔点的作用,TiO2含量每增加0.5%,煤灰的熔融温度增加12~15℃。SiO2对灰熔点的影响是双重的,煤灰熔融温度随SiO2含量的增加呈现降低-升高-降低-升高的变化规律, Fe2O3、MgO和Na2CO3系助熔组分。Fe2O3含量每增加3%,A煤灰的灰熔点下降10~20℃,Fe2O3参与多个低温共熔体的形成,如Al2O3·SiO2-2FeO·SiO2-SiO2和SiO2-Al2O3-Fe2O3共熔体系,这些低温共熔体的熔点一般在1000~1200℃之间,所以Fe2O3具有助熔作用;MgO一般起降低灰熔点的作用,这主要是因为Mg2+易于和高灰熔点的莫来石反应生成低熔点的矿物;煤灰熔融温度的调控研究,主要通过B、C、D、E、F灰样的两两混配以及向煤样中加入矿化机和混合助剂来研究配煤、矿化机和混合助剂对灰熔融特性的影响规律,结果表明:配煤过程灰熔点变化不符合线性规律,配煤的灰熔融温度与Al2O3-CaO-SiO2的液相温度相似,但要低于三元相图中所得到的温度。配煤过程,如果两种单煤在Al2O3-CaO-SiO2三元相图位置上的连线经过低温共熔区,则这两种煤可以混配出灰熔点低于参配单煤灰熔点的混煤。处于Al2O3-CaO-SiO2三元相图同一结晶矿物区的单煤相配,配煤的灰熔融特性温度与配比之间的线性回归系数要大于不在同一结晶矿物区的单煤相配时的灰熔融特性温度与配比之间的线性回归系数。矿化剂和混合助剂通过促进或抑制高熔点结晶矿物的生成来调节煤灰的熔融温度。矿化剂的作用效果与矿化剂的种类、用量和煤灰成分有关。V2O5和NaF通过促进莫来石的生成来提高煤灰的熔融温度。V2O5的效果要优于NaF。矿化剂对C煤灰的作用效果要优于D煤灰。对于降低F煤灰熔融温度的实验,混合助剂CaO/SiO2=13/7的作用效果比CaO好。适当的混合助熔剂可以有效地调节煤灰的熔融温度,调节效果要优于单一助剂。在研究煤灰成分在相图上的分布特点和灰熔点调控机理的基础上,根据近300组煤灰成分和灰熔点的实验数据,运用神经网络、通用全局优化法等优化算法,提出煤灰成分与灰熔点之间的预测模型为:所提出的灰熔点预测模型对43组煤灰的熔融温度进行预测,结果表明,所提出的灰熔点预测模型可以很好地预测煤灰的熔融温度。
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