高碱煤燃烧过程中硫酸盐化合物对沾污结渣的影响

摘要

从中国目前的能源结构和化石能源发展现状来看，中国以煤电为主的能源格局长期内不会改变，因此对煤电的优化在长期内有着重要的意义。准东煤由于其具有开发成本低、易燃烧且燃烧稳定、低污染等优点，是非常理想的煤化工、煤电原料。但是准东煤在燃烧的过程中有着严重的沾污结渣恃性，严重影响了锅炉安全经济运行。本文根据先前研究者对准东煤和沾污结渣的相关研究结合X射线荧光仪分析(XRF)实验得到的结果推断准东高碱煤易沾污结渣性很可能跟煤灰中硫酸盐化合物成分含量影响了煤灰的熔融性有紧密的联系。
　　为此，本文在选取碱金属硫酸盐的含量很低的水城烟煤作为实验煤种的基础上，对制备得到的水城烟煤煤灰和添加不同量硫酸盐灰样进行了扫描电子显微镜(SEM)、灰熔点、灰圆柱体积液相收缩率实验，分别从煤灰的表征形态、煤灰的熔点、煤灰液相比例三个角度全方位对硫酸钠对煤灰熔融性的影响规律进行研究。在得到的实验结果基础上，同时用X射线衍射(XRD)和热力学分析软件Factsage对影响规律进行进一步模拟和分析。
　　最终得到硫酸盐化合物成分（包括Na2SO4、K2SO4、CaSO4、MgSO4）在一定范围内都会降低灰熔点，增加高温反应后煤灰的液相比例，加剧煤灰熔融性。原因是硫酸盐化合物成分会促进SiO2与部分氧化物相互反应，形成低温共熔体。对于CaSO4和MgSO4来说，它们和Na2SO4、K2SO4的反应机理有着一定的不同之处。在煤灰中添加Na2SO4和K2SO4，会在反应过程中生成部分少量复合硫酸盐(Na3Fe(SO4)3、K3Fe(SO4)3)，这些少量的复合硫酸盐对熔融性有着很大的促进作用。而当MgSO4、CaSO4添加量超过一定范围后，样品中部分将会体现其自身的高熔点特性，具有削弱煤灰熔融性的作用。碱金属复合硫酸盐(Na3Fe(SO4)3、K3Fe(SO4)3)对煤灰熔融性的加剧作用比其对应同种碱金属的硫酸盐(Na2SO4、K2SO4)还要强。此外，碱金属复合硫酸盐和硫酸盐体系不仅加剧了燃煤时沾污结渣作用，还能大大加重高温腐蚀中硫酸盐的腐蚀程度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 当前能源形势

1．1．2 沾污结渣的类型及危害

1．1．3 准东高碱煤相关背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 沾污结渣相关研究现状

1．2．2 准东煤相关研究现状

1．3 本文研究的意义及内容

第2章 实验仪器及研究方法

2．1 煤种的选择

2．2 灰样的制备

2．3 灰熔点测定

2．3．1 实验目的和原理

2．3．2 实验步骤

2．4．1．实验目的和原理

2．4．2 实验步骤

2．4．3．实验工况

2．5 灰样品矿物成分分析方法

2．5．1 X射线衍射仪(XRD)

2．5．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．5．3 FactSage化学热力学计算

第3章 硫酸盐对沾污结渣的影响

3．1 SEM表证试验分析

3．2 硫酸盐对煤灰灰熔点的影响

3．2．2 K2SO4对煤灰灰熔点的影响

3．2．4 MgSO4对煤灰灰熔点的影响

3．3 硫酸盐对液相收缩率的影响

3．3．2 K2SO4对灰圆柱体积液相收缩率的影响

3．3．3 CaSO4对灰圆柱体积液相收缩率的影响

3．3．4 MgSO4对灰圆柱体积液相收缩率的影响

3．4 XRD分析

3．5 Factsage数值模拟分析

3．6 硫酸盐沾污结渣机理分析

第4章 复合硫酸盐对灰熔融性的影响

4．1 SEM表证试验分析

4．2 复合硫酸盐对煤灰熔融性的影响

4．2．2 K3Fe(SO4)3对煤灰灰熔点的影响

4．3 复合硫酸盐对灰圆柱体积液相收缩率的影响

4．3．1 Na3Fe(SO4)3对灰圆柱体积液相收缩率的影响

4．3．2 K3Fe(SO4)3对灰圆柱体积液相收缩率的影响

4．4 XRD分析

4．5 Factsage数值模拟分析

4．6 复合硫酸盐沾污结渣及其高温腐蚀机理分析

5．1 全文总结

5．2 创新之处

5．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢