全氧燃烧特殊气氛对煤中碱金属与碱土金属迁移规律的影响

摘要

煤炭是我国非常重要的化石燃料，煤中的碱金属和碱土金属（AAEM）在燃烧过程中会释放出来并造成管路积垢、阻塞等问题。而煤中AAEM的赋存形式将会直接影响其释放规律及灰分的形成。另外在煤的全氧燃烧过程中SO2及H2O的存在会直接影响AAEM的释放及转化。为了进一步考察特殊气氛对AAEM的转化规律的影响，本文对SO2和H2O存在的情况下神木煤进行全氧燃烧时煤中AAEM的转化及释放规律进行了研究。
　　研究采用滴落床反应器进行全氧燃烧，煤样或焦样分别采用去离子水和稀盐酸进行逐级萃取，消解样品中的Na、K、Mg、Ca采用离子色谱分析。研究结果表明:可溶性及不溶性的Na和K在煤的燃烧过程中均能够释放，且释放量随温度的升高而增加，SO2的存在使部分水溶性Na、K转化为稳定性较好的硫酸盐而滞留在煤焦中，而硫酸盐又可以进一步转化为仅溶于酸的复杂硅酸盐(Na2O·3SiO2)或不溶性的硅铝酸盐。H2O的存在对三种溶解性质的Na、K的释放均有促进作用，另外对可溶性Na、K向不溶性Na、K的转化也存在一定的促进作用。由于神木煤中可溶性Mg、Ca的含量分数较大，因此Mg、Ca在全氧燃烧过程中的释放率也较高。温度低于600℃时由于水溶性的醋酸钙会受热分解为酸溶性的碳酸钙，使得酸溶性Ca的含量分数有所增加。800℃时由于不溶性Mg在被自由基置换而转化为可释放形式镁的过程中会生成水溶性的镁，使得其含量分数略有增加，其它类型的Mg、Ca的含量分数随温度的升高呈下降趋势直至趋于稳定。而SO2和H2O的存在对Mg、Ca的影响与Na、K是一样的只是影响相对较弱。
　　外加Na对AAEM的释放均存在一定的促进作用。在600～800℃之间影响明显，且影响随温度升高而加大。外加NaCl的煤样中，由于NaCl相对于NaAc更倾向于直接释放，且NaCl的存在有利于硅铝酸钾的释放，从而导致该煤样中Na、K的释放率增大;Mg、Ca的释放相较于原煤也有所增加，但较Na、K的增加程度小。外加NaAc煤样对Mg、Ca释放的促进作用要比NaCl明显。
　　模拟化合物研究结果表明部分NaCl、NaAc在实验条件下可与SiO2、Al2O3反应生成稳定的硅酸盐或硅铝酸盐滞留于煤焦中，且NaAc的滞留量相对更大。结果证实了不同赋存状态AAEM之间转换反应的存在。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 煤中AAEM的赋存形式、迁移规律及其测定方法

1．1．1 煤中AAEM的赋存形式及其含量的测定方法

1．1．2 影响煤中AAEM释放或转化的因素

1，1．3 AAEM测定方法

1．2 煤燃烧技术研究现状

1．3 全氧燃烧技术

1．4 课题研究的主要内容

第二章 实验装置以及样品测试方法

2．1 煤样

2．1．1 煤样

2．1．2 外加钠煤样的制备

2．2 模拟化合物

2．3 实验仪器及试剂

2．3．1 实验仪器

2．3．2 实验试剂

2．4 实验方法

2．4．1 全氧燃烧实验

2．4．2 水蒸汽发生装置

2．4．3 煤焦或煤样的灰化

2．4．4 AAEM待测样品的制备

2．4．5 煤样及焦样的萃取实验

2．5 离子色谱分析

2．6 X-射线衍射分析(XRD)

第三章 全氧燃烧过程中SO2和H2O对从EM释放及转化的影响

3．1 SO2及H2O对焦收率的影响

3．2 SO2及H2O对AAEM释放的影响

3．3 SO2及H2O对AAEM转化的影响

3．3．1 对不同赋存形式Na转化的影响

3．3．2 对不同赋存形式K转化的影响

3．3．3 对不同赋存形式Mg、Ca转化的影响

3．4 本章小结

第四章 外加钠对AAEM释放与转化的影响

4．1 外加Na对煤焦收率的影响

4．2 外加Na对AAEM释放率的影响

4．3 外加Na对不同赋存形式AAEM迁移规律的影响

4．3．1 外加Na对煤中Na释放率的影响

4．3．2 外加Na对煤中K释放率的影响

4．3．3 外加Na对煤中Mg释放率的影响

4．3．4 外加Na对煤中Ca释放率的影响

4．4 模拟化合物灰样的XRD分析结果

4．5 本章小结

第五章 结论

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文