煤中碳酸鹽在氧-燃料燃燒條件下的轉(zhuǎn)化行為.pdf

1、氧/燃料燃燒是一種重要的燃煤CO2減排技術(shù)，同時(shí)便于NOx、SOx以及顆粒物等污染物的聯(lián)合脫除。在氧/燃料燃燒條件下，燃燒氣氛的改變使得鍋爐的傳熱傳質(zhì)特性和煤粉的燃燒特性等發(fā)生重要改變，這些改變將會(huì)作用于煤中礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響爐內(nèi)的積灰結(jié)渣行為以及顆粒物的生成排放特性。目前，眾多學(xué)者對(duì)氧/燃料燃燒條件下爐內(nèi)灰沉積傾向還沒(méi)有達(dá)成一致的認(rèn)識(shí)。煤中碳酸鹽礦物（菱鐵礦、方解石和白云石）是造成爐內(nèi)積灰結(jié)渣以及顆粒物生成的重要因素。對(duì)于碳酸鹽礦

2、物轉(zhuǎn)化特性的研究將有助于推進(jìn)氧/燃料燃燒條件下爐內(nèi)灰沉積特性和顆粒物生成的研究。為此，本文通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和深入的分析對(duì)氧/燃料燃燒條件下煤中碳酸鹽礦物的轉(zhuǎn)化行為開展了相關(guān)研究。本文的主要內(nèi)容如下：
　　采用熱重分析技術(shù)對(duì)菱鐵礦在氧/燃料燃燒氣氛下的轉(zhuǎn)化行為進(jìn)行了研究。在程序升溫過(guò)程中，菱鐵礦在O2/CO2氣氛與O2/N2氣氛下具有相似的轉(zhuǎn)化規(guī)律。在這兩類氣氛下，菱鐵礦的分解溫度均高于N2氣氛，O2和CO2濃度的變化沒(méi)有影響菱鐵礦的

3、分解轉(zhuǎn)化特性。O2和CO2對(duì)菱鐵礦分解的作用機(jī)理不同，當(dāng)O2與CO2共存時(shí)，O2與菱鐵礦的反應(yīng)占主導(dǎo)，CO2對(duì)菱鐵礦分解轉(zhuǎn)化的影響較弱。當(dāng)相同濃度H2O添加后，菱鐵礦在O2/CO2/H2O氣氛下的分解溫度高于O2/N2/H2O氣氛。當(dāng)O2、CO2和H2O共存時(shí)，三者共同作用于菱鐵礦的分解轉(zhuǎn)化，CO2對(duì)菱鐵礦分解的抑制作用明顯。在等溫?zé)嶂貙?shí)驗(yàn)中，各種氣氛對(duì)菱鐵礦分解轉(zhuǎn)化的作用機(jī)理與程序升溫實(shí)驗(yàn)類似。
　　將脫灰煤粉與菱鐵礦按比例混合

4、，模擬外在菱鐵礦，將純菱鐵礦與外在菱鐵礦分別在沉降爐上進(jìn)行高溫實(shí)驗(yàn)。純菱鐵礦的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：產(chǎn)物顆粒均未發(fā)生明顯的熔融和破碎；在O2/N2=7/93、O2/N2=21/79、O2/CO2=7/93和O2/CO2=21/79四種氣氛下，磁鐵礦是唯一的產(chǎn)物；當(dāng)實(shí)驗(yàn)氣氛為O2/CO2=32/68時(shí)，少量的赤鐵礦生成。氧/燃料燃燒氣氛對(duì)純菱鐵礦的轉(zhuǎn)化影響較小。外在菱鐵礦的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在 O2/N2=7/93和O2/CO2=7/93兩種還原性氣

5、氛下，外在菱鐵礦的產(chǎn)物均包含方鐵礦和磁鐵礦。在O2/CO2=7/93氣氛下，產(chǎn)物中磁鐵礦的含量高于O2/N2=7/93氣氛。同時(shí)O2/CO2=7/93氣氛下，產(chǎn)物的熔融程度弱于 O2/N2=7/93氣氛。在氧/燃料燃燒還原性條件下，CO2主要通過(guò)影響煤粉的轉(zhuǎn)化以及自身的氧化作用，將菱鐵礦轉(zhuǎn)化為更多的磁鐵礦。在O2/N2=21/79、O2/CO2=21/79和O2/CO2=32/68三種氧化性氣氛下，外在菱鐵礦產(chǎn)物發(fā)生熔融，磁鐵礦是唯一的

6、產(chǎn)物。外在菱鐵礦在氧化性氣氛下發(fā)生破碎，在O2/CO2=32/68氣氛下，礦物顆粒破碎最劇烈。在氧化性氣氛下，氧/燃料燃燒方式主要通過(guò)影響煤粉的燃燒作用于菱鐵礦的轉(zhuǎn)化。
　　采用添加菱鐵礦的合成焦模擬內(nèi)在菱鐵礦，在沉降爐上進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，研究?jī)?nèi)在菱鐵礦在氧/燃料燃燒條件下的轉(zhuǎn)化。在兩種還原性氣氛下，內(nèi)在菱鐵礦產(chǎn)物成分與形貌具有較大差異。在O2/N2=7/93氣氛下，部分菱鐵礦產(chǎn)物依然被碳質(zhì)包裹，產(chǎn)物主要為鐵單質(zhì)。在O2/CO2=7/

7、93氣氛下，產(chǎn)物顆粒為表面粗糙的球形顆粒，方鐵礦為主要產(chǎn)物。在氧/燃料燃燒還原性條件下，CO2主要通過(guò)與煤焦的氣化反應(yīng)改變內(nèi)在菱鐵礦的存在形態(tài)，進(jìn)而降低菱鐵礦周圍環(huán)境的還原性，分解生成的方鐵礦大部分被保持到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。在O2/N2=21/79、O2/CO2=21/79和O2/CO2=32/68三種氧化性氣氛下，內(nèi)在菱鐵礦的轉(zhuǎn)化行為相似，產(chǎn)物顆粒均發(fā)生熔融，磁鐵礦和鐵的三價(jià)玻璃體化合物為主要產(chǎn)物，氧/燃料燃燒氣氛對(duì)菱鐵礦轉(zhuǎn)化行為的影響較小。

8、為了研究菱鐵礦與石英的交互作用，將菱鐵礦和石英按照摩爾比1:1加入合成焦，并將此合成焦在沉降爐內(nèi)進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明：隨著石英的添加，產(chǎn)物中鐵玻璃體化合物的含量增加。由于鐵玻璃體化合物較強(qiáng)的熔融特性，產(chǎn)物熔融加劇，顆粒表面更加光滑，不同氣氛下產(chǎn)物的差異減小。
　　將方解石與白云石在氧/燃料燃燒條件下進(jìn)行沉降爐實(shí)驗(yàn)，研究二者在氧/燃料燃燒條件下的轉(zhuǎn)化行為。研究表明：在氧/燃料燃燒條件下，方解石顆粒發(fā)生破碎，破碎程度隨著顆粒粒徑