本文關鍵詞：準東煤燃燒氣化過程中鈉的遷移規(guī)律研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：新疆準東煤田是我國最大的整裝煤田,其預測煤炭儲量達3900億噸。準東煤儲量巨大、開采成本低、反應活性好,具備成為良好動力用煤及煤化工用煤的條件。然而,準東煤中堿金屬(尤其是Na)含量高,在燃燒和氣化過程中極易造成換熱面沾污腐蝕,影響設備運行安全和效率,目前尚無根本解決方法。因此,深入研究準東煤燃燒和氣化過程中Na的遷移特性及形態(tài)變化,尋找其可控轉(zhuǎn)化途徑具有十分重要的研究意義和實際應用價值。本論文主要研究了準東煤燃燒和氣化過程中Na的遷移特性及形態(tài)變化以及添加劑對煤氣化過程中Na轉(zhuǎn)化的影響,并結(jié)合化學熱力學計算軟件探討了燃燒氣化過程中煤灰粘結(jié)問題的原因,對準東煤的循環(huán)流化床氣化應用具有重要的指導意義。采用熱重分析儀研究了準東煤的燃燒特性,采用馬弗爐研究了成灰溫度對煤灰理化特性的影響以及準東煤灰化過程中Na的遷移特性及形態(tài)變化。結(jié)果表明：準東煤著火和燃盡溫度均較低,燃燒特性良好；成灰溫度不僅影響煤灰中Na元素的含量,也影響Na元素的存在形式；隨著成灰溫度的升高,準東煤灰中的Na元素含量減少,主要形式由NaCl向鈉長石、霞石等含Na硅鋁酸鹽相轉(zhuǎn)變；800℃以上高溫成灰出現(xiàn)明顯粘結(jié)現(xiàn)象,原因是含Na化合物與SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO等金屬氧化物結(jié)合形成低溫共熔體；575℃低溫灰化更適用于準東煤灰成分分析,既能保證燃燒完全,又能最大限度保留煤中的堿金屬成分。采用熱重分析儀和水平管式爐實驗系統(tǒng)研究了準東煤的CO2氣化反應特性,考察了氣化溫度和停留時間對氣化殘留物理化特性的影響,重點研究了準東煤氣化過程中Na的遷移特性及形態(tài)變化。結(jié)果表明：準東煤的氣化起始溫度和終止溫度均較低,氣化活性良好；氣化溫度和停留時間對氣化殘留物的理化特性具有重要影響,隨著氣化反應的進行,氣化殘留物中Na的含量減少,氣化殘留物中的物相成分也發(fā)生變化；當停留時間為60min,氣化溫度分別為850、900、950和1000℃時,Na元素的存在形式由NaCl轉(zhuǎn)變?yōu)殁c長石、霞石等含Na硅鋁酸鹽物質(zhì)；不同氣化溫度的殘留物表面均出現(xiàn)粘結(jié)現(xiàn)象,且隨著氣化溫度升高,粘結(jié)現(xiàn)象越發(fā)明顯；相對于燃燒過程,氣化過程中含Na化合物更容易與SiO2、Al2O3等氧化物相結(jié)合形成低溫共熔物,引發(fā)粘結(jié)現(xiàn)象。采用水平管式爐實驗系統(tǒng)對納米SiO2/納米Al2O3與準東木壘煤混合樣品進行了C02氣化實驗,研究了添加劑種類、摻混質(zhì)量配比對準東木壘煤氣化過程中Na的遷移特性及形態(tài)變化的影響。結(jié)果表明：添加劑Si02和A1203對氣化殘留物理化特性的影響不同；添加納米SiO2后,氣化殘留物產(chǎn)率增加,且殘留物中Na2O的相對含量增加,氣化殘留物均表現(xiàn)出不同程度的粘結(jié)性；添加Si02能夠有效減小氣相Na的析出,對氣化殘留物粘結(jié)性的影響呈現(xiàn)出少量添加促進粘結(jié)、過量添加抑制粘結(jié)的特點；添加Al2O3后,氣化殘留物產(chǎn)率增加,但殘留物中Na2O的相對含量減少；添加劑A1203抑制了原煤中礦物成分的固鈉作用,促進了氣相Na的析出,抑制了氣化殘留物的粘結(jié)�；诩妓棺杂赡茏钚≡�,采用化學熱力學計算軟件FactSage 6.1對本文實驗中所用的準東煤燃燒和氣化過程進行了化學平衡計算,分析了反應氣氛、反應溫度、添加劑成分和含量等對Na的遷移特性及形態(tài)變化的影響,并對殘留物粘結(jié)機理進行了研究。結(jié)果表明：在燃燒和氣化過程中,隨著反應溫度的升高,殘留物中Na的含量下降,且下降比例和速率與煤種有關,存在形式上,Na由主要以固相NaCl(s)存在轉(zhuǎn)變?yōu)橐詺庀郚aCl(g)和固相NaAlSiO4(s)存在,K在700℃以后全部以氣相(主要為KCl(g))形式存在,C1的轉(zhuǎn)變與Na、K的轉(zhuǎn)變具有相關性；氣化過程中氣相Na的析出比例高于燃燒過程；添加Si02使得更多的Na以硅鋁酸鹽和硅酸鹽的形式固定在氣化殘留物中,而添加A1203則沒有明顯效果；對950℃氣化過程的相圖計算結(jié)果表明,木壘煤單獨氣化、添加Si02后氣化殘留物中存在熔融相,而添加A1203后不存在熔融相,添加A1203抑制了氣化殘留物的粘結(jié)。整體來看,計算結(jié)果與實驗結(jié)果具有良好的一致性。
【關鍵詞】：準東煤 鈉 燃燒 氣化 添加劑
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(工程熱物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ546
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 符號表10-14
• 第一章 緒論14-24
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-21
• 1.2.1 煤中堿金屬的存在形式研究15-16
• 1.2.2 鈉在燃燒氣化過程中的行為研究16-19
• 1.2.3 煤灰中主要礦物質(zhì)成分及其對煤灰熔融特性的影響19-21
• 1.2.4 添加劑對煤中鈉遷移的影響21
• 1.3 本論文研究目的和內(nèi)容21-24
• 1.3.1 研究目的與意義21-22
• 1.3.2 研究內(nèi)容與方法22-24
• 第二章 準東煤成灰過程中鈉的遷移特性及形態(tài)變化24-42
• 2.1 引言24-25
• 2.2 實驗方法25-29
• 2.2.1 實驗原料25-26
• 2.2.2 實驗儀器與方法26-27
• 2.2.3 分析檢測方法27-29
• 2.3 結(jié)果與討論29-41
• 2.3.1 著火溫度與燃燒穩(wěn)定性29-30
• 2.3.2 五種準東煤575℃和815℃成灰對比30-37
• 2.3.3 成灰溫度對木壘煤灰理化特性的影響37-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 第三章 準東煤氣化過程中鈉的遷移特性及形態(tài)變化42-60
• 3.1 引言42
• 3.2 實驗方法42-45
• 3.2.1 實驗原料42
• 3.2.2 實驗儀器與方法42-44
• 3.2.3 分析檢測方法44-45
• 3.3 結(jié)果與討論45-58
• 3.3.1 氣化溫度與反應性45-46
• 3.3.2 氣體流量的影響46-47
• 3.3.3 樣品質(zhì)量的影響47
• 3.3.4 氣化溫度和氣化時間對氣化殘留物理化特性的影響47-57
• 3.3.5 木壘煤氣化和燃燒過程中殘留物理化特性對比57-58
• 3.4 本章小結(jié)58-60
• 第四章 添加劑對準東煤氣化過程中鈉遷移轉(zhuǎn)化影響規(guī)律研究60-74
• 4.1 引言60
• 4.2 實驗方法60-62
• 4.2.1 實驗原料60-62
• 4.2.2 實驗儀器與方法62
• 4.2.3 分析檢測方法62
• 4.3 結(jié)果與討論62-72
• 4.3.1 添加劑SiO_2和Al_2O_3在氣化反應前后的理化特性對比62-64
• 4.3.2 添加SiO_2的影響64-69
• 4.3.3 添加Al_2O_3的影響69-72
• 4.4 本章小結(jié)72-74
• 第五章 準東煤燃燒氣化過程中鈉及相關元素遷移的化學熱力學分析74-93
• 5.1 引言74
• 5.2 計算方法74-77
• 5.2.1 軟件介紹74-75
• 5.2.2 計算流程和思路75-77
• 5.3 結(jié)果與討論77-91
• 5.3.1 準東煤燃燒的化學熱力學計算77-80
• 5.3.2 準東煤氣化的化學熱力學計算80-85
• 5.3.3 木壘煤和添加劑混合氣化的化學熱力學計算85-91
• 5.4 本章小結(jié)91-93
• 第六章 結(jié)論與展望93-96
• 6.1 本論文主要結(jié)論93-95
• 6.2 工作展望95-96
• 參考文獻96-100
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文和研究成果100-101
• 攻讀碩士學位期間參與的課題和項目101-102
• 致謝102

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：準東煤燃燒氣化過程中鈉的遷移規(guī)律研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：371240