HELL气化飞灰黏附影响研究.docx

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1、HELL气化飞灰黏附影响研究摘要:通过激光粒度仪、X射线荧光光谱仪、扫描电子显微镜等当代化分析测试技术对褐煤样、飞灰样以及换热废锅中的积灰样进行了粒度分布、化学组成、晶体矿物组成、微观形貌、微区化学组成等特征的分析，研究影响飞灰黏附特性的因素。并通过引入富集系数，描绘各个元素在煤灰、正常飞灰、废锅积灰中的迁移富集情况。结果表明，在废锅积灰中有含铁矿物的生成，同时Na、K、Fe、S、P元素在废锅积灰中发生富集，在飞灰与积灰颗粒边缘处有大量的Fe、Na元素的富集。关键词:褐煤;Shell气化;飞灰黏附;影响因素Shell干粉煤加压气化技术是当前世界上较为先进的当代干净煤技术1，属于气流床气化的第二

2、代煤气化技术，其工艺经过采用粉煤、氧气及少量水蒸气在高温、加压条件并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学经过24。由表1可知，中国气化用煤以烟煤和无烟煤为主，分别占564%、355%，而褐煤占的比例很小，仅为10%。随着烟煤、无烟煤等合适气化的优质煤炭资源已被充分利用，拓展褐煤开发利用空间，发展褐煤气化技术很有必要5。但是，在使用褐煤作为Shell气化煤种的企业生产中，面临着非常严重积灰问题，严重影响装置的正常运转。Shell粉煤在13001600的高温下，煤样裂解、燃烧，煤中的矿物质发生分解、熔融、气化、凝聚、冷凝、团圆等一系列的变化，然

3、后在较低温度下构成化学成分不同、形态各异的飞灰6。研究表明7，在煤样燃烧经过中有两类不同的飞灰生成，一类是由无机矿物气化凝结构成的亚微米灰，它的空气动力学直径约为01m，最大不超过1m，占飞灰总质量的02%22%;另一类是焦炭燃烧完成后残留下来的残灰，其空气动力学直径大于1m。马飞等8通过研究L和Y两种飞灰颗粒的粒径分布，以为气化飞灰颗粒粒径小，比外表积大是导致飞灰产生黏附力的原因。文献9，10研究表明，飞灰的黏附是热泳力、电场力、惯性碰撞、自由扩散多种力作用的结果，飞灰颗粒之间的互相作用力与它们之间的接触面积密切相关。固然很多学者从不同方面对飞灰的构成和黏附进行了研究，但是单独针对褐煤She

4、ll气化飞灰黏附的机理及影响因素的照旧少见。因而，研究褐煤Shell煤气化飞灰黏附的影响因素，具有重要意义。1实验部分11实验原料实验采取Shell气化用褐煤样(A)，并采取了气化粉煤A入炉后的气化飞灰样和已经在换热废锅中发生黏附的废锅积灰样。褐煤样A的基础分析见表2。由表2可知，褐煤A的水分为707%，与褐煤的一般含水量30%相比，有了较大的降低，可见褐煤样已经经过了初步的枯燥处理。煤的灰分较低，属于低灰煤。且煤的硫分为064%，属于低硫煤。符合Shell煤气化的煤种要求。12实验方法采用BT-2003激光粒度仪，以水为介质，石墨及水泥为标准参照物对飞灰的粒径分布进行测量;煤灰样、飞灰与积灰

5、样品的化学组成采用XF-1800射线荧光分析仪，参照JY/T016-1996（波长色散型X射线荧光光谱方法通则）进行测定;采用DX-2800型X射线衍射仪，在Cu靶，管电压36kV，管电流40mA，扫描速率为2()/min条件下对飞灰与积灰的晶体组成进行测量;采用JSM-6301F扫描电镜/能谱联合分析仪(SEM-EDX)对飞灰与积灰的外表形貌、元素组成进行分析。2结果与讨论21粒径分布对飞灰黏附的影响使用BT-2003型激光粒度仪对煤样及飞灰样进行了粒径分析，其结果见图1。由图1可知，飞灰样的粒径分布与入炉煤的粒径分布存在较大的差异。煤样A的粒径分布呈现单峰分布，峰值在25m左右;飞灰颗粒的

6、粒径分布呈现出双份分布，峰值分别为15与10m。可见飞灰颗粒细小，大多集中于10m下面。研究表明11，细小的飞灰颗粒拥有较大的比外表积以及外表活性，在随着气流的运输中容易发生碰撞而黏附在一起，引起飞灰的黏附。22飞灰与积灰晶体矿物组成采用DX-2800型X射线衍射仪对飞灰与积灰的晶体矿物组成进行分析，其衍射谱图见图2。由图2可知，飞灰样品的XD谱图比拟杂乱，经分析可知，飞灰样品中仅存在少量的石英晶体，飞灰样品中含有大量的非晶态物质，各元素主要以非晶态的形式存在;废锅积灰中含有的主要晶体矿物为硫铁矿物(FeS、Fe09S、Fe1xS)、菱铁矿(FeCO3)、磁铁矿(Fe3O4)和钙铁辉石(CaF

7、eSi2O6)。可见，在飞灰发生黏附的经过中，生成了大量的含铁矿物，铁元素与飞灰中的其他各种元素构成晶体矿物，含铁矿物的生成是导致飞灰黏附的主要原因。23样品的化学组成对于采集到的入炉煤样以及飞灰样与积灰样，使用XF-1800射线荧光分析仪测其化学组成，其结果见表3。由表3可知，煤的灰成分中SiO2、CaO、SO3、Al2O3、Fe2O3的含量分别为3369%、1859%、1755%、1339%和754%，其硅铝比为252，其碱性氧化物总含量高达3139%。研究表明12，碱性氧化物含量越高则灰沉积特性越强，由此能够揣测，煤样A用于Shell气化容易发生飞灰黏附现象。观察可知，相较于煤灰样，飞灰

8、中的K元素含量明显上升，表明K元素容易在飞灰富集;而废锅积灰中的Fe元素含量高达1367%，比煤灰样与气化飞灰样中的Fe元素含量均高，而S元素的含量为699%，明显高于飞灰中的088%，结合XD的分析结果可知，在飞灰黏附经过中生成了大量的含铁矿物，十分是硫铁矿物，讲明Fe元素生成了含铁矿物发生富集，对飞灰黏附有明显的影响;废锅积灰中Na、P元素含量同样高达434%与274，可知Na、P元素的富集是飞灰黏附的影响因素之一。24富集因子对飞灰黏附行为的影响由以上研究结果可知，不同元素在煤与燃烧产物中表现出不同的分布与富集的特性，为了更好地观察不同元素的富集特性，研究采用富集因子来帮助愈加直观的描绘

9、各元素的富集状况。计算飞灰中元素的富集因子的方法有多种，实验选取文献13中的方法进行计算。通过观察发现，TiO2在煤灰、飞灰、积灰中的含量差异不大，因而，选取TiO2为参考元素进行计算，计算飞灰与积灰相对于煤灰的富集因子。由表4可知，相对于煤灰，K2O、Na2O、P2O5在飞灰和积灰中有明显的富集。比照飞灰和积灰的富集因子可知，Na2O、P2O5在积灰中富集较为明显，富集因子分别为495、679，K2O在飞灰中富集更明显，富集因子为295。相对于飞灰，积灰中Fe2O3、Na2O、P2O5、SO3有明显的富集趋势。综上可知，飞灰的黏附主要和Fe、Na、P、S、K有关。25微光形貌及微区化学组成采

10、用JSM-6301F扫描电镜/能谱联合分析仪对飞灰与积灰样品进行微观形貌以及微区化学组成的分析。图3为飞灰表观形貌照片及EDX选择区域。由图3可知，气化飞灰由大小不一的球形颗粒组成，其中，球形颗粒固然严密黏连在一起，但是颗粒之间界线明晰，飞灰颗粒几乎均呈现出标准的球形，未发生熔融。图4为积灰外表形貌照片及EDX所选择的区域。由图4可知，积灰颗粒中大量的小颗粒黏附在大颗粒周围，大颗粒之间通过小颗粒相连接，构成飞灰颗粒群。飞灰颗粒外表已经发生熔融，仅仅模糊可见球形颗粒。对所选择的区域进行EDX分析，分析其微区化学组成，结果见表5。由表5可知，Na、Fe两种元素在飞灰的黏结处的富集较为明显，在飞灰的

11、黏结处，区域2中Na元素的含量为222%，明显高于未黏结处区域1的077%;而在积灰的黏结处，区域3、4处的Na含量为37%与423%，高于飞灰黏结处区域2的Na含量。Fe元素在积灰黏结处的含量较高，分别为534%与818%，明显高于飞灰黏结处的262%与297%，富集现象明显。此外，Ca元素的含量也有一定量的增加。由分析可知，Na、Fe元素在黏结处的富集，是飞灰黏附的主要影响因素。3结论褐煤A经气化后产生的飞灰呈现出双峰分布，其峰值分别为15与10m，粒径较小，拥有较大的比外表积，容易发生黏附。通过XD分析结果可知，气化飞灰主要以非晶态的形式存在，在其黏附经过中，含铁矿物的生成是飞灰发生黏附

12、的主要影响因素。通过XF分析结果以及富集因子的计算结果可知，不同的元素在飞灰与积灰中的富集情况不同，相对于煤灰，Na2O、P2O5在积灰中富集更明显，K2O在飞灰中富集更明显;相对于飞灰，积灰中Fe2O3、Na2O、P2O5、SO3有明显的富集趋势;Fe、Na、P、S、K等元素的富集是飞灰发生黏附的主要影响因素。通过微观形貌观察可知，飞灰主要是由大小不一的球形颗粒组成，在积灰中，球形颗粒发生熔融，互相黏连在一起，构成飞灰聚集群落;通过微区化学组成分析可知，积灰相较于飞灰，在黏附处Na、Fe元素的富集较为明显，是导致积灰的主要影响因素。参考文献1盛新Shell煤气化技术及其在大化肥装置的应用J大

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