低NOX煤粉燃烧飞灰漂珠特性的研究

摘要

漂珠是燃煤电厂粉煤灰的很小但很重要的组成部分。因其多种优异的性能和在新材料领域的潜在应用价值，漂珠的开发和附加值利用一直为国内外相关研究者所关注。但是，近年来中国燃煤电厂为了强化NOx污染物控制排放，普遍采用深度低NOx燃烧技术进行改造。与常规锅炉燃烧相比，低NOx燃烧过程中燃料停留时间、火焰温度和燃烧气氛的显著变化势必会影响煤粉燃烧的成灰过程，因而可能影响漂珠的形成、特性及应用。因此，了解低NOx煤粉燃烧飞灰漂珠的特性，对于粉煤灰的资源化及高附加值应用是十分重要和必要的。本论文课题以国内的2个电厂的3台低NOx煤粉燃烧机组的飞灰为原料，采用湿法分选从飞灰中分离漂珠，并应用系统的实验分析方法，对其基础理化特性、熔融特性和残碳的燃烧反应性进行深入的研究和评价。 对灰样的基础特性研究表明,尽管飞灰中漂珠质量含量不高，体积含量却可达飞灰总量的近2%。漂珠的粒径范围与飞灰原样基本一致，但尺寸分布则差异明显。漂珠颗粒尺寸较大也较均匀，球形颗粒相对较多。漂珠中粒径小于45μm的珠体占比与原灰样相比相对较小,意味着可能通过粒度进行漂珠的干法分选。所研究的漂珠矿物相组成主要包括玻璃相和莫来石、石英晶体相，但一些漂珠较高的CaO含量对熔体和漂珠形成也可能起重要作用。 采用经验方法对漂珠熔融特性的理论分析表明,J电厂两个不同时段飞灰的组成不同但其漂珠的组成却一致，这意味着漂珠颗粒的形成需要一定的组成条件。灰成分中碱性成分含量多有利于煤灰的熔融，因而有利漂珠的生成。T电厂飞灰中的CaO对漂珠的形成具有重要的影响，一定量CaO的参与则可以改变熔融特性包括降低熔融温度、表面张力和粘度而可能形成中空微珠，但CaO含量过高则会导致一些CaO在熔体冷却过程中发生析晶。漂珠SiO2+Al2O3%之和与漂珠含量成一定的正相关性。对漂珠的熔融特性与其成分之间关系的研究表明，漂珠形成需要熔融特性的组合条件，也即取决于灰的主要成分含量的特定组合。在低NOx燃烧条件下，还原性气氛有利于降低灰熔点从而有利于煤灰颗粒的熔融，但相对较低的燃烧温度不致于导致粘度和表面张力过小，因此有利于漂珠的形成。 飞灰中残碳特性研究表明，漂珠中残碳含量整体上不高，灰样中残碳颗粒大部分以单体的形式存在，其部分粒径尺寸相比漂珠直径较大且表面结构较为粗糙、疏松多孔，但也含有一些细小的残碳可能是碳黑颗粒。T电厂两台机组漂珠含碳量的差异表明，深度低氮燃烧显著改变的燃烧条件可能导致生成相对较多的漂珠也导致漂珠飞灰的含碳量高。对漂珠中残碳的燃烧反应性的研究表明，漂珠残碳具有相近的燃烧反应性，由于其反应性在实验室高温煤焦燃烧反应性范围内，因此，有利于采用燃烧氧化方式去除漂珠中的残碳。鉴于T电厂两台机组的低氮燃烧程度不同，主要表现之一是燃烧火焰温度的差异，但漂珠残碳反应性接近意味着温度差异对焦燃烧时的失活影响不大，说明低NOx燃烧影响漂珠生成和漂珠含碳量主要是气氛因素，而温度的影响相对小。

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