灰熔点调控法对煤灰矿物质转化程序影响

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1、灰熔点调控法对煤灰矿物质转化程序影响1绪论1.1研究背景我国能源的总体特点是富煤、贫油、少气，在一次能源供给中煤炭始终占据着绝对的优势。然而煤炭的大量使用给中国带来了严重的环境问题，如粉尘、氮氧化物、二氧化碳、二氧化琉等的排放。随着环境保护的压力越来越大，中国正在限制煤炭的使用，并大力发展清洁能源，如风能、太阳能、核能、水电等。清洁能源占我国的能源比重逐年增加（图1.1)。石油天然气的燃烧比煤炭燃烧释放的污染物要少很多，然而2012年中国的石油进口量已占国内石油消费量的58%，已超出了50%的警戒线，石油过度依赖进口将威胁到国家的能源安全。国内的天然气生产也优先满足居民生活

2、所需，无法更多的为工业提供一次能源。石油与天然气虽然相比煤炭是种清洁能源，但并不能有效地弥补煤炭减少造成的能源空缺。根据中国可再生能源发展战略研究的报告⑴，综合我国的资源潜力和技术发展，乐观地预测到2020年可再生能源(风电、太阳能、水电、生物质能）总量约6tce/a(1tee为1吨标准煤当量）。2012年我国一次能源消费总量33.2亿tee，其中煤炭占比76.5%，石油8.9%，天然气4.3%，水电8.2%，核电0.9%。目前，高能耗的发达国家，以美国为代表，人均能耗为11tee/人左右；中等能耗的发迖国家，以欧洲和日本为代表，人均能耗在5-6tee/人。我国要在2050

3、年实现中等发迖国家的发展目标，把我国人均能耗控制在较低水平，人均能耗也要在4tee/人左右。按现有的人口规模，2050年我国的一次能源消费总量将接近60亿，煤炭在一次能源的消费比重也不会低于35%[2]。因此，未来35年，在我国多种新能源能源快速发展的情况下，考虑节能措施，煤炭依然会是我国最主要的能源。.1.2国内外研究现状人们从很早就开始了对煤灰熔融特性的研究。由于煤灰是一种组成极为复杂的物质，受制于检测手段的发展，早期的研究都是分析煤灰中的元素组成对灰熔融特性的影响。BlockC分析测试了48种煤样和20种煤灰中的44种元素，通过对比发现，不同品质的煤燃烧前后，灰元素种

4、类是相似的。研究人员通常把煤灰成分用Si02、AI2O3、FeiOs.CaO、MgO、TiCb、NazO.K2O、SO3和P2O5IO中氧化物来描述。在研究煤灰熔融与组成关系时通常仅考虑前8种元素的影响。Vassilev等[14]按照J1SM8801中规定的方法，在空气气氛中测定了多种灰样的灰熔融温度，结果表明，Si、A1、Fe、Ca、S的氧化物对煤灰的半球温度有显著影响。随后大量的学者研究了不同氧化物对煤灰熔融特性的影响、众多研究人员，在分析总结的基础上，根据氧化物对煤灰熔融温度影响的不同，把装化物分为了两大类，一类是酸性氧化物（Si02、AI2O3、TiCb)可提高熔融

5、温度，一类是减性氧化物（Fe203、CaO、MgO、Na20、K2O)可降低熔融温度。根据这些氧化物在不同气氛下表现出来的作用，又将两大类氧化物进行的细分，将酸性氧化物分为非助熔性酸性氧化物(AI2O3)和助熔性酸性氧化物(Si02、Ti02)，把碱性氧化物同样分为非助熔性碱性氧化物(MgO)和助熔性碱性氧化物(Fe203、CaO、Na20和K2O)。GuPta[i8]等人对酸性氧化物进行了研究，在Si02和AI2O3含量较高的煤灰的高温熔融性实验中发现这些煤灰的熔融温度的检测重复性不高。VanDyk[i9]等人研究了Si02、TiCh和AI2O3三种酸性氧化物对南非煤灰高

6、温熔融性的影响，结果发现Si02、Ti02和AI2O3三种氧化物均能实现提高煤灰熔融温度的目的，其中Ah03对煤灰熔融温度的影响最大。而碱性氧化物中的韩、铁氧化物主要作用是降低煤灰的熔点，其中铁的氧化物在不同气氛下（氧化性、弱还原性气氛）的助熔效果表现出较大差异。..2实验仪器及研究方法2.1煤灰样制备方法用离心式磨煤机，把煤样磨碎至lOOpii以下（95%的煤粉通过100目的筛网）。煤粉平铺在磁舟内，厚度不超过1mm,磁舟在马弗炉内缓慢升温至70°C(10°C/min)，在7001时灼烧2h。冷却后横拌磁舟里的煤灰，使煤灰上下层混合均勻，为防止空气中水蒸气

7、的干扰，快速称量此时的磁舟和煤灰的总重，记为m,o如图2.1，气氛炉三面加热，控温精准,炉膛内温度分布均句，利用气氛炉制灰可以尽可能的减少温度不均带来的实验误差。把磁舟放入气氛炉，通入4L/min的空气气流，继续在815°C加热。在气氛炉中灼烧2h后，拿出冷却、称量，记为m2,如果(mim2)/mi〉0.1%则重复加热2h,称量，直到前后两次的质量差别小于千分之一[65],此时可认为煤样已经完全灰化。为了观察煤灰在加热过程中熔融程度的发展和低温共熔反应的进行程度，把煤灰样品制成圆柱形状，以圆柱直径的收缩率来