煤燃烧过程矿物质行为研究.pdf

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1、中国工程热物理学会燃烧学学术会议煤燃烧过程矿物质行为研究‘李帆邱建荣郑瑛郑楚光(华中理工大学煤燃烧国家重点实验室，武汉430074)编号：984033摘要采用马弗炉和四角燃烧炉对煤灰和煤进行加热、燃烧，并利用x一射线衍射对其中矿物质在加热过程中组分和含量变化进行分析．结果表明，在燃烧炉内煤灰矿物质行为与在马弗炉内加热煤灰的矿物质行为基本一致；煤灰矿物质行为与原煤中矿物组成及含量关系较大．关键词：煤灰，矿物质，熔融特性温度1．前言煤中矿物质行为直接影响到煤灰熔融特性，影响到燃烧锅炉的结渣程度．以前曾对单种煤煤灰加热过程中矿物质行为特征”“，以及混煤煤灰熔融行为与矿物形态间的关系”

2、”进行过研究．但这些研究均是以煤灰做为试样，静态加热处理并分析的基础性研究，而未考虑到燃烧锅炉内煤灰颗粒的加热燃烧速度、空间分布情况以及炉内温度分布．本研究将在四角燃烧炉内，煤燃烧过程中不同位置取出灰样进行矿物质形态分析，并与煤灰静态加热过程矿物质组成及含量变化进行比较分析．2．实验方法试样采用株州煤，制成800℃灰样，株州煤的灰分含量为40wt％．利用800℃灰样在马弗炉中加热来考察其矿物质变化行为．在弱还原隆气氛下，在800"C～1400℃温度范围内每隔200℃的各温度下分别使试样恒温1小时，取出后迅速投人水中急冷，防止缓慢冷却过程中发生矿物质晶型转变，以保持该温度下应有的

3、矿物结晶．获得的试样经研磨后进行x一射线衍射分析．为考察煤实际燃烧过程中矿物质形态，在小型四角燃烧炉(20K掣'h)的燃烧器上部1米处的平面上设置四个取样点，炉中心为A点，炉边壁为D点，其间均匀取B、C两点(如图1所示)。四角燃烧炉炉内温度为1200℃，从取样点获得的试样经研磨后进行x一射线衍射分析．x一射线衍射仪为日本理学(株)制D／MAXIIIB粉晶衍射仪，‘国家自然科学基金、煤燃烧国家重点实验室开放资劝硬目I一17衍射条件为：Cu靶，Nj滤光器，管电流30mA，管电压30kV．3．实验结果及分析3．1原煤样中矿物质组成株州煤灰含量较高，可直接进行X一射线衍射分析来考察其矿

4、物质组成．x～射线衍射强度如图2所示，株州煤中矿物质组成为：石英，高岭石，方解石和黄铁矿．石英含量最高，高岭石次之，方解石和黄铁矿含量较少．I图l：四角燃烧炉取样点位置示意图图2：株州煤X一射线衍射强度(cps)3．2煤灰加热过程矿物质行为煤灰中各种矿物质对X一射线的吸收或反射量是不同的，它不仅与矿物质含量有关，而且与矿物质本身结晶性好坏、混合物中其它矿物的存在有关，但对同种矿物质其衍射强度的变化可近似反映含量的变化‘”．株州煤灰在800～1400℃温度范围，在弱还原性气氛下各矿物质的X一射线衍射强度变化如图3所示．5000雹4000鞋W童3000蚕2000女10000温度(℃

5、)图3株州煤灰加热过程中矿物质的X～射线衍射强度变化I一181600厂≮O0O㈣伽姗枷m根据x一射线衍射分折结果，煤中各种矿物质在加热过程中有如下行为：石英(si。2)：为原煤中含有的矿物质，在800℃左右其衍射强度已开始逐渐减弱，大约在1400℃以后，衍射线趋于消失．这是由于石英与A1203、CaO等其它成份在高温下发生反应，生成新的矿物质或非晶质的玻璃体物质．高岭石(A120y2Si022H20)：它和石英一样是原煤中含有的粘土类矿物．高岭石在较低的温度下(400"C-500℃)发生脱水反应，转变成偏高岭石”1．大约在800℃～1000℃左右偏高岭石转变成莫来石．奠来石(2

6、Si023A1203)：是粘土矿物发生高温相变的产物(熔点为1850℃)，在1000℃左右出现，在1000"C-1400℃闻随温度升高而增加，并～直存在．莫来石含量越高则煤灰熔融特性温度越高．方解石(cacoo是原煤中含有的矿物，在800℃以前已全部分解成CaO．黄铁矿(FeS2)：存在于原煤中，在800℃以前已全部分解为赤铁矿(Fe203)和S03，由于炉内还原性气氛不强，故赤铁矿在1400℃仍然存在，其含量对煤灰熔融特性温度影响较大．硬石膏(CaS04)：由于原煤中没有石膏(CaSO{2H20)存在，此处硬石膏是由于方解石分解的CaO与S03气体发生反应而生成．硬石膏在80

7、0℃以后逐渐减少，在1200℃后又发生分解成Ca0．钙长石(CaOAl2032SiOz)：为高温反应产物(熔点为1553℃)，即硬石膏分解生成的CaO与偏高岭石及莫来石反应丽生成．钙长石在1200℃下仍然存在，在1400℃时趋于消失。株州煤灰样在1400℃温度下只有莫来石和赤铁矿存在．根据以上实验结果及分析讨沦，对于煤灰中各矿物质在加热过程中的主要行为可推测如下：】．高岭石～一-+偏高岭石⋯奠来石2．方解石一一一方钙石3．黄铁矿～一一赤铁矿+S02+S034．方钙石+S02+s03⋯硬石膏⋯