高岭土对高钠煤燃烧过程中碱金属的脱除效果研究

摘要

我国新疆地区拥有丰富的低阶煤资源，高钠煤就是当地极具代表性的煤种。高钠煤在燃烧过程中释放出的气态碱金属会导致锅炉出现沾污、积灰、结渣和高温腐蚀等问题，极大地制约了该煤种获得广泛、高效的利用。使用固体吸附剂脱除高温烟气中的碱蒸气是一种简单而有效的方法。本文选用高岭土为添加剂，通过在马弗炉和管式沉降炉中进行静态和动态吸附实验研究高岭土作为高钠煤固钠添加剂的效果，系统考察了添加剂用量、燃烧温度以及煤粉和高岭土的粒度对高钠煤燃烧时钠的释放及高岭土固钠效果的影响，并结合实验结果深入分析了高岭土对钠的捕获机理。
　　高钠煤燃烧时钠的释放量随着燃烧温度的升高而增大。1100℃时钠挥发率为51.73％，在高于煤灰熔点的温度下，灰分的熔融加速了钠的释放，在1400℃时有61.11%的钠被释放出来。煤粉粒度的增大对钠的释放具有阻碍作用，1100℃下13μm粉煤燃烧时钠的挥发率为60.14%，而48μm煤粉的仅为43.29%。
　　高岭土在静态条件下对钠的捕获效果好于动态条件的效果，但是在动态燃烧条件下高岭土也能在一定程度上降低烟气中的钠蒸气含量，进而减少沾污和结渣等问题，因此可以作为高钠煤有效的固钠添加剂。高岭土对钠的捕获机理主要是其热解产物偏高岭石、SiO2等与气相钠的化合物反应生成钠的硅铝酸盐如霞石（NaAlSiO4）和钠长石（NaAlSi3O8）的过程，其中，霞石是最主要的吸附反应产物。
　　增大高岭土用量与减小其粒度均可通过增加吸附反应接触面积来提高钠捕获效率。在静态实验中，3μm的高岭土在为添加量6wt.%时的钠捕获效率为83.55%，而添加量为12wt.%、粒度为18μm高岭土的钠捕获效率为78.47%，这说明在较高添加剂用量时高岭土的利用率较低，也为高岭土的实际应用提供了指导。提高燃烧温度会通过增大钠的释放量以及使反应产物钠长石中的钠重新分解释放等使钠捕获效率降低。在温度为1400℃时，静态燃烧实验中有大约59%的钠被高岭土捕获固留于灰分中，而动态燃烧条件下则仅为50%。在实验研究的煤粉粒度范围内，煤粉颗粒的改变对高岭土捕获钠的影响很小，这是由于无论燃烧哪种粒度的煤粉烟气中都有充足的钠蒸气供高岭土吸附。在动态燃烧实验中，燃烧温度为1200℃，高岭土（11μm）添加量为6%时，被高岭土所捕获固留于灰分中的钠大约可以达到总钠含量的70%。

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第一章 绪论

1.1煤中碱金属的赋存形态

1.2燃煤过程中碱金属的迁移释放及其在烟气中的赋存形式

1.3燃煤过程中对气态碱金属的控制

1.4本课题研究目的及研究内容

第二章 实验材料和方法

2.1实验材料

2.2分析方法

2.3钠挥发及高岭土捕获钠的评估方法

第三章 高钠煤静态燃烧中高岭土对碱金属的吸附效果研究

3.1实验装置及研究方法

3.2高钠煤燃烧过程中钠的挥发特性

3.3高岭土对静态燃煤过程中钠的捕获机理及效果

3.4小结

第四章 高岭土对碱金属蒸气的动态吸附实验研究

4.1实验装置及研究方案

4.2高岭土在动态燃煤过程中对碱金属的捕集机理

4.3高岭土在动态燃煤过程中对钠的捕集效果

4.4小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢