流化床煤气化飞灰烧结和熔融特性的研究

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文指导教师：培养单位：2013年4月lJlllllllllllllJJllJIIJIlllllllllJIIIIIIllJY2381103．StudyonSinteringandFusionPropertiesofFly——Ash——fro—m—F—l———u————i——d————i——z———e——d．．BedCoalGasificationByYANGXinAThesisSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialf

2、ulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofChemicalEngineeringInstituteofCoalChemistry,ChineseAcademyofSciencesApril，2013致谢本论文是在黄戒介研究员的精心指导下完成的，从选题到定稿都凝聚了导师大量的心血。黄老师渊博的知识，严谨的治学态度，兢兢业业的工作作风使我受益匪浅。在此，谨向黄老师致以最崇高的敬意和最衷心的感谢!感谢杨建丽研究员、邓蜀平研究员、张荣副研究员和杜新助理研究员在开题、中期汇报中给予的指导和建议。衷心感谢王洋研究员、房倚天研究员、赵建涛研究员、程中

3、虎副研究员、张永奇副研究员、李庆峰副研究员、张林仙副研究员、李春玉博士、王志青博士、郝振华博士、张磊博士和陈友川在硕士阶段给予的指导和帮助。感谢粉煤气化工程中心全体工作人员给予的热忱帮助。特别感谢夏立森、毛子刚、吕红和陈富艳等在实验原料、设备方面给予的帮助。硕士三年期间，在科研工作和日常生活中都得到了王志雨、高松平、方惠斌、刘哲语、李俊国、阎琪轩、刘朋飞、张乾、王建飞、景旭亮、余钟亮、郭娇娇、霍晓东、张戎、宋淑芬、周福勋、王海艳、丁亮、张军伟、陈伟博、黄国宝等诸位师兄弟(姐妹)的无私帮助与鼓励，在此表示衷心的感谢。在攻读硕士期间，同时也得到了澳洲UniversityofNewSouthWa

4、les的C．R．Ward教授和北京大学的王刚老师的帮助，在此表示衷心的感谢。感谢研究生部梁萍、原辉、韩丽娜、王娜、孔鹏等老师几年来给予的无微不至的关怀；感谢仪器分析测试中心、物资处、图书馆等部门提供的诸多方便和热情帮助。感谢远在家乡的父母多年来的理解与支持，使我可以安心在外求学。最后，感谢各位老师在百忙之中不辞辛苦评阅本论文和参加答辩。杨鑫2013年4月摘要飞灰的再气化对于提高流化床气化碳转化率具有重要意义。流化床与气流床耦合的复合床气化是提高飞灰气化效率的一种新方法，而飞灰在近灰熔点温度区间的烧结特性是新型气化炉设计、稳定运行的操作参数确定的重要指标。本论文利用压解分类方法测定灰样的结块

5、温度，提出了表达灰样对温度波动敏感程度的概念，温差№(变形温度与结块温度的差值)，且通过该方法所得结果与中试试验结果基本吻合。本论文利用该方法系统地研究了我国不同煤阶的五种流化床气化飞灰在近灰熔点温度区间的烧结特性，并通过基于Rietveld全谱拟合精修的方法深入地研究了结晶矿物质和玻璃相的定量转变，揭示了助熔矿物转变量与温差的相关性。同时本论文还对灰熔融特性预测模型进行了研究，通过结合灰成分参数和经验公式模型中的组合参数作为BP神经网络模型的输入参数，建立了灰熔点预测模型。1．采用压解分类方法研究了流化床煤气化飞灰在近灰熔点温度区间的烧结特性，测定了结块温度，并利用基于Rietveld的

6、X射线衍射分析(XRD)进行了结晶矿物质和玻璃相的定量转变分析，绘制了不同煤阶飞灰灰样热处理过程中结晶矿物质的定量转变图，以研究其烧结机制。研究结果表明：在近灰熔点温度区间，采用压解分类的方法研究飞灰的烧结特性简易而准确地表示了烧结的严重程度，具有一定的可行性。同时，对于预测飞灰的结渣倾向，除灰熔点外，温差Tg对于炉内温度波动的影响程度的判断和炉内操作条件的选择也具有十分重要的意义。褐煤飞灰的低温差说明了其结渣对温度波动更敏感。由于初始飞灰灰样中含有大量的无定形物，飞灰灰样的烧结过程与原煤灰样相比有所不同。在近灰熔点温度区间，飞灰灰样的烧结行为由玻璃相的析晶、结晶矿物质的玻璃化转变和低熔点

7、共熔物的熔融控制。助熔组分开始主要赋存于玻璃相中，它们需要先经历析晶过程再发生转变熔融，从而引起低熔点共熔物形成和熔融发生的温度滞后。在温差Tg温度区间附近(结块温度CT至变形温度DT附近的温度区间)，结晶矿物质定量转变分析表明，褐煤飞灰在比较窄的温度区间有接近25％的助熔矿物转变形成了液相，而烟煤和无烟煤在相对较宽的温度区间内也只有13％的助熔矿物转变形成了液相。这充分解释了为什么褐煤飞灰比烟煤和无烟煤飞灰对温度波动比