CO2-水洗准东煤热解燃烧过程中钠的迁移规律研究

摘要

新疆准东煤中高含量的钠和钙在煤燃烧过程中挥发并与烟气中的三氧化硫、飞灰等反应生成在较低温度下呈熔融状的复合硫酸盐冷凝在换热管路表面，造成设备严重沾污、积灰和结渣等问题。针对此问题，一种行之有效的处理方式是对煤样进行燃烧前预处理脱钠脱钙，其中采用较多的方法之一是洗脱法，洗脱溶液主要有水和硫酸、盐酸等酸溶液，但水洗对高有机钠含量煤种的脱钠效果有限，而酸洗目前只用于实验研究且成本较高，因此需要寻求一种经济适用且高效的准东煤洗煤脱钠方法，从根本上解决准东煤钠含量高的问题。本文首先对准东煤热解程中钠的迁移转化规律做了较详细的研究和理解，在此基础上采用CO2-水溶液对准东煤中的钠进行有效脱除，并对CO2-水洗准东煤热解过程中钠的迁移转化规律及其燃烧成灰特性进行了较为详细的研究。主要研究内容包括以下三个方面：
　　本文首先以去离子水、0.1mol/L盐酸作为提取液对准东煤进行逐级提取，研究准东煤中钠和钙的赋存形态。结果表明准东煤中钠主要以水溶态形式存在，水溶钠含量为总钠的66.2％，水不溶盐酸溶钠含量约为28.3%，其中水不溶而盐酸可溶钠主要是有机钠。钙主要以水不溶盐酸可溶的形式存在。对准东煤固定床热解过程中钠和钙的迁移释放规律的研究结果显示随着温度升高，煤热解过程中钠和钙的释放量增加，低温（<700℃）热解过程中钠的释放主要来自盐酸溶钠中有机钠的分解，热解温度升高水溶钠开始挥发，且煤中的水溶钠和盐酸溶钠在受热迁移过程中向不溶钠转化。
　　然后采用CO2-水溶液对准东煤进行洗脱处理。结果发现此方法可以脱除准东煤中全部水溶钠与绝大多数有机钠，对钙也有一定的脱除效果，同时也可以脱除煤中约40%的灰。增加洗涤时间、升高洗涤溶液温度可以促进钠和钙的脱除。CO2-水洗对准东煤有机结构没有明显影响，而经过CO2-水洗后，准东煤热解过程中钠释放量减少，500℃热解过程中只有约3%的钠释放，900℃热解过程中钠和钙的释放量也减少。
　　最后，对预处理准东煤的燃烧成灰特性等方面做了较详细研究。结果表明，经过CO2-水洗后煤样的燃烧特性优于原煤，815℃燃烧成灰过程中CO2-水洗煤钠的释放量相较于原煤减少了70%，煤灰的碱酸比由原煤的2.50降低至1.03，CO2-水洗煤改善了准东煤的结渣特性，本文的研究结果初步证明CO2-水洗是一种有效的准东煤燃烧前脱钠方法。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 准东煤中钠和钙的赋存形态

1.3 准东煤热转化过程中钠和钙的迁移规律

1.4 准东高钠煤燃烧方法综述

1.5 本文研究内容

2 准东煤热解过程中钠的迁移转化规律及其对热解产物的影响

2.1 引言

2.2 实验装置及方法

2.3 准东煤中钠和钙的赋存形态分析

2.4 准东煤热解过程中钠的迁移转化规律研究

2.5 煤中钠和钙对热解产物的影响

2.6 本章小结

3 CO2-水洗对准东煤热解过程中钠和钙迁移转化的影响

3.1 引言

3.2 实验装置及方法

3.3 CO2-水洗准东煤脱钠脱钙研究

3.4 CO2-水洗对煤质特性的影响

3.5 CO2-水洗准东煤热解过程中钠和钙的迁移转化规律

3.6 本章小结

4 CO2-水洗准东煤燃烧特性研究

4.1 前言

4.2 实验装置与方法

4.3 CO2-水洗对准东煤燃烧特性的影响

4.4 准东煤燃烧过程中钠和钙的释放规律

4.5 CO2-水洗准东煤成灰特性分析

4.6 本章小结

5 全文总结与建议

5.1 全文总结

5.2 下一步工作的建议

致谢

参考文献

附录1 硕士期间发表的学术论文及专利

附录2 硕士期间参与的科研项目