【摘要】：我國(guó)工業(yè)層燃鍋爐是僅次于電站鍋爐的煤炭燃燒利用設(shè)備,隨著各大城市集中供暖的推行,層燃鍋爐的安全高效運(yùn)行也越來(lái)越受到重視。在層燃鍋爐的運(yùn)行中,結(jié)焦問題一直較為突出。目前,工業(yè)界對(duì)于層燃鍋爐燃煤結(jié)焦判別的主要依據(jù)是焦渣特征等級(jí)法,由于其未充分結(jié)合煤質(zhì)數(shù)據(jù),且測(cè)定工況單一,判別方式較為粗糙。因此,本文在測(cè)定煤質(zhì)特性數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合不同環(huán)境工況的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,詳細(xì)分析了影響層燃鍋爐燃煤結(jié)焦特性的因素,并利用權(quán)重判別法分析了各七種典型影響因素的權(quán)重,并進(jìn)一步提出了一種新的層燃鍋爐煤結(jié)焦特性判別指數(shù)。本文選取七臺(tái)河富源煤,雞西穆棱煤,呼倫貝爾免渡河煤,雞西三鑫源煤,呼倫貝爾寶日希勒煤五種煤樣為實(shí)驗(yàn)原料,通過工業(yè)分析,元素分析及顯微組分分析等手段分析了其煤質(zhì)特性,并在不同溫度條件,不同氣氛條件和不同停留時(shí)間的實(shí)驗(yàn)工況下研究了其結(jié)焦特性,利用掃描電鏡分析(SEM),X射線衍射分析(XRD),X射線熒光分析(XRF)等手段分析煤焦特性。同時(shí),研究了五種煤樣煤灰的熔融特性,并對(duì)比了部分常用結(jié)焦(渣)判別指標(biāo)的判別準(zhǔn)確性。由煤質(zhì)分析和各工況實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著C/H,FC/V的增加,焦渣等級(jí)隨之增加,即結(jié)焦性增強(qiáng),但相關(guān)性并非線性,存在極值。煤巖顯微組分中,鏡質(zhì)組是影響煤結(jié)焦的關(guān)鍵成分,其含量越大,平均反射率越大,及反射率分布區(qū)間越高,煤的結(jié)焦性越強(qiáng)。在灰熔融特性分析方面,發(fā)現(xiàn)利用酸堿比,硅比,硅鋁比,鐵鈣比,綜合指數(shù)得到的結(jié)焦(渣)預(yù)測(cè)結(jié)果之間存在很大偏差,其中酸堿比和硅比的預(yù)測(cè)結(jié)果與三角錐法測(cè)得的灰熔融特性比較一致。另外,發(fā)現(xiàn)外界環(huán)境條件中,環(huán)境溫度對(duì)結(jié)焦特性的影響較大,高溫導(dǎo)致煤焦石墨化程度加劇,團(tuán)聚更加致密,同時(shí)非晶相共熔物生成量較大,結(jié)焦程度加深。環(huán)境氣氛對(duì)結(jié)焦特性的影響主要體現(xiàn)在其對(duì)煤焦中礦物成分的轉(zhuǎn)變上,而停留時(shí)間對(duì)結(jié)焦特性幾乎沒有影響。同時(shí),根據(jù)所有測(cè)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果,本文利用權(quán)重分析法,得到了C/H,FC/V,鏡質(zhì)組含量,鏡質(zhì)組平均發(fā)射率,灰變形溫度,酸堿比,硅比七個(gè)煤質(zhì)指標(biāo)對(duì)結(jié)焦特性的影響權(quán)重,進(jìn)而提出了綜合煤質(zhì)焦渣特性指數(shù),并給出了判別經(jīng)驗(yàn)公式和判別界限,且進(jìn)行了驗(yàn)證。最后,在綜合煤質(zhì)焦渣特性指數(shù)Rx的基礎(chǔ)上,結(jié)合由實(shí)驗(yàn)得到的外界環(huán)境對(duì)結(jié)焦特性的影響情況,進(jìn)一步得到了層燃鍋爐煤結(jié)焦特性判別指數(shù)Rc。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ520.1
【圖文】：

寶日希勒煤 700℃煤焦 1000℃煤焦 1300℃煤焦圖 3-1 還原氣氛五種煤樣不同溫度的 SEM 圖像利用掃描電鏡對(duì)五種原煤及在還原性氣氛，不同溫度下煤焦進(jìn)行了顯微結(jié)構(gòu)觀察，發(fā)現(xiàn)均出現(xiàn)了不同程度的團(tuán)聚和燒結(jié)情況。其中七臺(tái)河富源煤的團(tuán)聚情況最厲害，形成了表面光滑致密的焦塊，雞西穆棱煤次之，雞西三鑫源煤出現(xiàn)一定的團(tuán)聚，但是表面粗糙，還有很多絮狀物質(zhì)存在，說明結(jié)焦性較弱，呼倫貝爾寶日希勒煤在低溫段團(tuán)聚情況并不明顯，在高溫 1300℃時(shí)也只出現(xiàn)了部分團(tuán)聚現(xiàn)象，但是相比于煙煤，成塊很小，整體還較為零散，結(jié)焦性很差。呼倫貝爾免渡河煤的微觀結(jié)構(gòu)較為特殊，形成的焦塊充滿空隙，且溫度越高，空隙結(jié)構(gòu)越豐富，但同時(shí)，焦塊的骨架表面致密光滑，說明該煤種還是有一定結(jié)焦性，只是由于揮發(fā)分含量較多，對(duì)成焦致密和強(qiáng)度產(chǎn)生了較大的影響。唐黎華等[55]對(duì) 5 種不同煤樣在 1000℃-1400℃的溫度范圍進(jìn)行了慢速熱解，并進(jìn)行了 SEM 表征，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，煤焦中的礦物質(zhì)都發(fā)生了一定程度的團(tuán)聚，并經(jīng)歷了小球微團(tuán)向大球顆粒的演變過程。選取結(jié)焦性輕微，中等，嚴(yán)重對(duì)的七臺(tái)河富源煤，呼倫貝爾免渡河煤和呼倫

- 22 -寶日希勒煤 7min 煤焦 14min 煤焦 21min 煤焦圖 3-2 三種煤樣 1000℃不同停留時(shí)間的 SEM 圖像利用掃描電鏡對(duì)三種煤樣在 1000℃，還原氣氛條件，三個(gè)不同停留時(shí)間下制取的煤焦的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察。發(fā)現(xiàn)七臺(tái)河富源煤的燒結(jié)程度隨停留時(shí)間的增加有所增強(qiáng)。呼倫貝爾免渡河煤隨著停留時(shí)間的增長(zhǎng)，14min 的煤焦骨架結(jié)構(gòu)相較7min 更加光滑致密，空隙結(jié)構(gòu)也更加豐富；21min 的煤焦骨架結(jié)構(gòu)光滑致密程度無(wú)明顯變化，空隙結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增加。呼倫貝爾寶日希勒煤的煤焦在三個(gè)停留時(shí)間下沒有明顯的區(qū)別，停留時(shí)間對(duì)其結(jié)焦形態(tài)的影響很小。同時(shí)，選取結(jié)焦性輕微，中等，嚴(yán)重對(duì)的七臺(tái)河富源煤，呼倫貝爾免渡河煤和呼倫貝爾寶日希勒煤三種煤樣，對(duì)其在氧化氣氛，相同停留時(shí)間（14min）下的煤焦微觀結(jié)構(gòu)隨溫度的變化情況進(jìn)行了測(cè)試分析，測(cè)試結(jié)果如圖 3-1 所示。

免渡河煤 700℃煤焦 1000℃煤焦 1300℃煤焦圖 3-3 氧化氣氛不同溫度三種煤樣的 SEM 圖像利用掃描電鏡對(duì)三種原煤（尚志原煤，呼倫貝爾寶日希勒煤，呼倫貝爾免渡河煤）在氧化性氣氛，停留 14min，不同溫度下煤焦進(jìn)行了顯微結(jié)構(gòu)觀察。七臺(tái)河富源煤的焦結(jié)性依然最強(qiáng)，團(tuán)聚情況劇烈，各溫度工況下與還原氣氛相比，表面光滑度略有減小。呼倫貝爾寶日希勒煤在 1300℃時(shí)結(jié)焦現(xiàn)象也不明顯，但從 700℃開始就有表面非常光滑的球狀物質(zhì)出現(xiàn)，利用 EDX 分析，發(fā)現(xiàn)主要元素是 C，O，Si，Al，說明呼倫貝爾寶日希勒煤雖然沒有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，但含 Si，Al 礦物質(zhì)之間還是發(fā)生了一定的融合作用。呼倫貝爾免渡河煤同還原性氣氛的情形基本類似。3.4 煤焦礦物成分轉(zhuǎn)化分析礦物成分是煤中的重要組成部分，對(duì)煤的結(jié)焦，結(jié)渣特性都有著不可忽略的影響[56-59]。工業(yè)用煤中所含礦物質(zhì)主要來(lái)源有三種：原生礦物質(zhì)，次生礦物質(zhì)，外來(lái)礦物質(zhì)。原生礦物質(zhì)是指那些原本就存在于成煤植物中的礦物質(zhì)，主要包含一些堿土金屬、堿金屬及其鹽類，K，Na，Mg 的鹽類，F(xiàn)e，S，P 及少量 Ti，V，

【參考文獻(xiàn)】

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