准东煤灰熔融--烧结--流变特性的研究

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燃用准东煤给锅炉带来了严重的积灰结渣问题,准东地区电厂配煤掺烧和矿物添加虽能缓解准东煤灰结渣的危害,但存在经济性、设备磨损等问题。液态排渣锅炉提供了准东煤利用的新思路,液态排渣要求高温灰渣顺利排出锅炉,并且高温液态灰渣不能对液态排渣锅炉炉底耐火材料产生腐蚀和冲刷。因此研究准东煤在液态排渣条件下矿物的相变过程、烧结特性和灰渣流动特性具有重要意义。
  首先,以红沙泉、将军庙矿区准东煤为研究对象,在管式炉为实验平台上综合TG-DSC、XRD、XRF和FSEM-EDS测试手段,探究准东高钠煤灰熔融过程中矿物转化机理。结果表明:随着温度升高,灰中矿物具有向更高元系矿物熔合的趋势;不同元系的含钠矿物不能共存且转化速度快,矿物转化过程伴随着相变,导致煤灰沾污倾向加剧;铁质矿物对含硫矿物的演化具有明显的影响,灰中Fe2O3促进了硬石膏的分解,抑制蓝方石的分解,具有高温固硫作用。
  然后,以SiC耐火材料作为研究对象,采用与前文相同的方法研究准东煤灰与耐火材料的烧结特性。结果表明:耐火材料与煤灰烧结的特征温度大致在1100℃;耐火材料促进了煤灰中石英和钙铝黄长石的熔融、抑制了镁黄长石的生成,增大灰样中液相占比,这是煤灰与耐火材料烧结机理;烧结的挂渣具有保护耐火材料的作用,但温度高于1200℃时导致挂渣保护层毁坏;提出极限热载荷的概念作为评价耐火材料高温化学稳定性的指标,准东煤灰明显降低了耐火材料的极限热载荷,导致原本能在1200℃稳定的SiC晶格被破坏。
  最后,以六种准东煤灰为研究对象,利用高温粘度计、灰熔点测定仪、XRF和FSEM-EDS四种方法研究了准东煤灰渣的流动特性,建立了准东煤灰渣粘度预测模型。结果表明:准东煤灰渣在高温下粘度较低,适合液态排渣锅炉;灰渣中的大量含硫矿物和残碳会导致粘度值的脉动,对液态排渣锅炉的运行不利。准东煤灰渣粘度预测模型与粘度测定的实验结果较为一致,能准确反应准东煤灰渣的高温流动特性,尤其对液态排渣锅炉临界温度(25Pa·S粘度对应温度)的预测值与实验结果接近。
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