高温弱还原性气氛下淮南煤灰结渣行为的研究

摘要

本文选择安徽淮南矿区三个高灰熔融温度煤样，利用CCSEM对淮南煤中矿物组成进行了分析;利用结渣特性实验以及预测指标对淮南煤的结渣特性进行了探讨;借助XRD、FactSage热力学软件、SEM-EDS分别深入研究了淮南煤在高温弱还原性气氛下的煤灰渣晶体矿物组成、煤灰矿物转化行为、灰渣表观形貌和微区化学组成，由此得到如下四个结论:
　　(1)ZJX煤、ZJD煤、XQ煤中主要为高岭石和石英等耐熔矿物，三种煤的耐熔矿物含量（包括高岭石、石英、金红石和氧化铝等）分别为91.02％、68.81％及79.04％，这是淮南煤难结渣的主要原因。虽然淮南煤中耐熔矿物含量较高，但由于煤中仍含有少量助熔矿物存在（包括氧化铁、方解石、黄铁矿等），含量在2％～5％左右，因此在高温下淮南煤仍存在结渣的可能性。
　　(2)从结渣特性实验分析可知，淮南煤为弱结渣煤，其中以ZJD煤的结渣率最高，其次是XQ煤，ZJX煤的结渣率最低，原因在于淮南煤中耐熔矿物含量较多所致。气氛条件也会在一定程度上影响煤的结渣特性，比如煤样的结渣率随鼓风强度的增加呈上升趋势。从结渣特性预测分析可知，ZJX煤和XQ煤各判别指标预测结果均为弱结渣，ZJD煤除硅铝比(Si02/A1203)预测为中等结渣外，其余判别指标预测结果也均为弱结渣。从结渣特性的实验和预测综合分析可知，ZJX煤、ZJD煤以及XQ煤基本均为弱结渣煤，初步判断淮南煤比较适合直接应用于气流床干法排渣技术。
　　(3)XRD、FactSage的分析结果表明:淮南煤在1100℃时已经出现液相，并且液相生成量会随着温度的升高而不断增加，与此同时，石英、长石、白榴石、堇青石等矿物含量减少，甚至消失，莫来石含量有少许减少。气氛也会对矿物转化产生一定影响，随着气氛中CO比例的提高，促进了石英向高温液相物质的转变，同时促进了耐熔矿物莫来石的产生。
　　(4)SEM-EDS的分析结果表明:淮南煤灰结渣情况较为类似，低温下煤灰是由大量孤立的细颗粒物组成，随着温度的升高，灰渣逐渐由孤立的颗粒物转变为致密的粘结物，Fe、Ca、Na、Mg、K元素含量也有一定的上升趋势。气氛对煤灰渣表观形貌和微区化学组成也会产生一定的作用，比如高温下部分高温区域出现了Fe元素的富集现象，富集区域熔融现象明显，原因是由于高温下CO具有还原性所引起的。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 淮南煤概述

1．1．1 淮南煤田简介

1．1．2 淮南煤质特征

1．1．3 淮南煤气化存在的问题

1．1．4 气流床干法排渣技术的理论优势

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煤灰熔融特性研究现状

1．2．2 煤灰结渣行为研究现状

1．2．3 煤的结渣特性预测方法

1．3 研究内容

2 实验部分

2．1 实验煤样

2．2 样品制备

2．2．1 高温灰化

2．2．2 高温灰渣的制备

2．3 分析测试方法

2．3．1 煤灰熔融温度的测定

2．3．2 煤的结渣率的测定

2．3．3 煤灰化学组成分析

2．3．4 煤中矿物的CCSEM分析

2．3．5 XRD分析

2．3．6 SEM-EDS分析

2．3．7 热力学软件相平衡组成分析

3 淮南煤中矿物组成的研究

3．1 ZJX煤中矿物组成分析

3．2 ZJD煤中矿物组成分析

3．3 XQ煤中矿物组成分析

3．4 小结

4 淮南煤结渣特性的研究

4．1 淮南煤结渣特性的实验分析

4．2 淮南煤结渣特性的预测分析

4．3 小结

5 高温下淮南煤灰结渣的矿物转化研究

5．1 高温下淮南煤灰的晶体矿物组成分析

5．1．1 ZJX煤灰渣晶体矿物组成

5．1．2 ZJD煤灰渣晶体矿物组成

5．1．3 XQ煤灰渣晶体矿物组成

5．2 高温下淮南煤灰的相平衡组成分析

5．2．1 ZJX煤灰渣相平衡组成

5．2．2 ZJD煤灰渣相平衡组成

5．2．3 XQ煤灰渣相平衡组成

5．3 小结

6 高温下淮南煤灰结渣的表观形貌研究

6．1 ZJX煤灰渣表观形貌及微区化学组成分析

6．2 ZJD煤灰渣表观形貌及微区化学组成分析

6．3 XQ煤灰渣表观形貌及微区化学组成分析

6．4 小结

结论与展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果