煤炭是我国主要使用的化石燃料资源,煤中的碱金属和碱土金属(alkali and alkaline earth metals,AAEM)会对其利用产生不利的影响,会对钢铁、炼焦、火力发电等行业中设备造成相当严重的热腐蚀,同时会造成积灰结渣影响热量交换以及其他方面的影响,AAEM也与煤燃烧过程中形成亚微米级可吸入颗粒物有关。因此研究AAEM的迁移规律进而控制燃煤过程中AAEM的化合物的释放对洁净煤转化技术的发展有重大意义。全氧燃烧是为解决烟气中CO2分离、捕获困难而发展起来的技术,其特殊的炉内气氛会对煤颗粒燃烧过程的化学机制产生影响,进而影响到其中AAEM的迁移,研究全氧燃烧过程中煤中AAEM的释放规律对于优化组织燃烧条件有理论指导作用。
本研究采用固定床反应器进行气化、燃烧反应,用离子色谱分析半焦样品中的AAEM,对煤中的AAEM释放规律进行详细考察。同时结合XRD研究不同气氛对煤中的Na迁移规律的影响。
研究表明:二氧化碳气化时,在实验温度范围(300℃-800℃)兖州煤中Na、K、Mg的释放率随温度的升高而增大,而Ca的释放率基本不变,在此温度段内释放出是可溶性的AAEM,煤中可溶性Mg、Ca的含量很小,致使其释放率很小。与兖州煤相比,温度对义马煤AAEM释放率的影响相同。
在全氧燃烧过程中,温度和氧气浓度是影响AAEM释放的主要因素,温度升高、氧气浓度增大都能增强煤的反应性,使得煤中可溶性的AAEM的释放率增大。由于燃烧过程反应速率快,在相同温度下,燃烧过程中AAEM的释放率要大于气化过程。与常规燃烧比较发现,全氧燃烧中主要气氛CO2对AAEM的释放影响较小。在低温时煤中的含Na化合物与CO2作用生成碳酸钠,使得Na的释放率略小。温度升高,二种燃烧形式Na释放率相同。
SO2和水气都会促进煤中Na、K的释放,水气的影响效果更加明显,在400℃氧气浓度为5％时,加入水气会使Na的释放率增加20%。SO2和水气存在于气氛中会增加煤的反应性,高浓度水气的存在甚至会改变煤中AAEM之间的固-固反应为固-液反应,进而促进Na、K释放;另一方面SO2的存在会发生硫酸盐化反应,而Mg、Ca的硫酸盐的稳定性大大高于碳酸盐,从而减少Mg、Ca的释放率。
XRD分析结果显示,在SO2存在下,随温度升高,煤中Na首先反应生成亚硫酸钠,再转化为硫酸钠。在反应过程中,硫酸钠会发生不同晶型间的转化。
- 作 者：
- 刘洋
- 学科专业：
- 化学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 太原理工大学
- 导师姓名：
- 林建英
- 学位年度：
- 2012
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
