准东煤及配煤的矿物相变及熔融机理

麻粒岩相条件下熔融反应与矿物相转变机制的实验研究刘福来;徐学纯【期刊名称】《地质学报》【年(卷),期】1997(071)003【摘要】麻粒岩相条件下石榴黑云斜长片麻岩实验结果表明,含水矿物黑云母(Bi)脱水熔融、长英质矿物部分熔融的性质主要受控于温度条件;而矿物相转变不仅受控于温压条件,而且与脱水熔融、部分熔融存在密切成因联系。

依据Bi脱水熔融性质和石榴石(Gi)转变反应特征,可划分以下三个阶段:(1)当温度在700℃时,Bi转变为钛铁矿(Ilm)+磁铁矿(Mt)+H_2O,Gt转变为Mt,(2)当温度在730—760℃,Bi脱水熔融为富K_2O熔体(Melt)+Ilm+Mt,Gt转变为紫苏辉石(Hy)+堇青石(Crd);(3)当温度大于790℃时,Bi脱水熔融为Melt+Hy+Ilm+Mt+H_2O,Gt则转变为Hy+尖晶石(Sp)+Crd组合。

熔体比例和熔体演化特征除受温压条件控制外,与长英质矿物部分熔融程度和脱水熔融性质关系密切。

实验结果显示,在麻粒岩相变质作用以及与其相伴随的重熔作用(或区域性混合岩化作用)过程中,不仅存在传统的固相+固相(或流体相)的反应和脱水熔融反应,而且存在熔体参与的变质反应(即:未熔矿物与熔体之间的反应)。

该项实验对深入探讨麻粒岩相矿物演化的成因机制及其动力学意义提供可靠的实验依据。

【总页数】13页(P254-265,T001)【作者】刘福来;徐学纯【作者单位】中国地质科学院地质研究所;中国地质科学院地质研究所【正文语种】中文【中图分类】P588.346【相关文献】1.800 MPa下泥质岩部分熔融实验研究:残留相及熔体相REE地球化学特征 [J], 张锦煦;张辉;管申进;唐勇;吕正航2.地幔橄榄岩部分熔融及相转变(尖晶石相→斜长石相)过程中的固相化学成分演化——Ⅰ.实验研究 [J],3.准东煤及配煤的矿物相变及熔融机理 [J], 唐诗;傅培舫;刘洋;龚宇森4.磷对泥/煤混燃灰熔融特性的影响及矿物相演变规律 [J], 魏砾宏; 梁法光; 房凡; 马婷婷; 杨天华5.岩石部分熔融过程中熔体连通性的实验研究——以850～1100 ℃,2.0～4.0 GPa 条件下斜长角闪岩部分熔融为例 [J], 郑小刚;李和平;周文戈因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

准东煤掺配分析摘要：主要针对目前煤炭市场供应紧张，原设计煤种每天供应量不能满足发电需求，为保证发电用煤，寻找可靠主力煤种，保证机组安全运行。

关键词：燃煤锅炉；燃煤掺配；煤种；燃烧1.前言新疆南疆区域煤炭市场，供应紧张，煤价持续上涨，主力煤种对电厂每日供应量进行限制，严重影响机组发电量和安全运行，燃煤作为火力发电厂成本中的重要组成部分，占企业经营成本70%以上，为保供控价，提高煤场库存，保证发电用煤，开拓煤炭资源，引进新煤种保证燃煤供应，降低燃料成本，提高经济效益。

2.系统设备简介某公司目前装机为两台330MW亚临界参数机组，锅炉为北京巴布科克•威尔科克斯有限公司生产的B&WB-1192/17.5-M，亚临界、自然循环、单汽包、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、紧身封闭、全钢构架（主副双钢架）、固态排渣、前后墙对冲燃烧、煤粉炉，空气预热器采用三分仓。

锅炉整体呈“π”型布置，设有固定的膨胀中心。

磨煤机为北京电力设备总厂生产的ZGM95N-Ⅱ直吹式磨煤机，共配备5台，设计出力45t/h，运行方式为4运行一备用，燃烧器采用双调风旋流式燃烧器，布置方式为前墙3层，后墙两层燃烧器，前后墙最上层各配有一层低氮燃烧器控制NOx生成，水冷壁蒸汽吹灰62支，受热面蒸汽吹灰46支，年计划耗煤量120万吨。

3.设计煤种说明4准东煤和设计煤对照分析准东煤特性为易结焦，高水分煤质，在燃烧过程中易造成磨煤机出口温度低，煤粉燃烧距离延长，磨煤机堵煤，水冷壁、受热面结焦等不安全现象。

5.燃煤掺配过程1）试验前准备阶段。

根据准东煤特性结合其它单位掺烧经验，下发“准东煤掺配注意事项”，组织个运行人员学习，并进行讲解。

编制下发“准东煤掺配过程参数统计表”。

2）使用单一磨煤机进行掺配试烧，观察磨煤机运行情况和煤粉燃烧情况。

我们使用前墙中层磨煤机，按照准东煤与阳光采购煤1比1掺配，准东煤掺配比例为10%，主要观察磨煤机着火情况和全水分较高对磨煤机运行各参数的影响。

准东煤粉燃烧特性研究摘要：由于准东煤中含有大量的碱金属，使其灰烬的熔化温度较低，在燃烧时极易产生污垢和焦炭，在恒温热重仪上对准东煤燃烧特性进行了研究，并探讨了温度和煤种比例对其燃烧特性的影响。

试验结果显示：在单煤的燃烧过程中，不同的煤种燃尽时间和燃烧速率存在着明显的差异，其中路茂通坎乡、永华金泰两个煤种之间的差别最大，路茂通坎乡的煤种更容易发生火灾，快速燃烧，快速燃尽；随着温度的上升，单煤的燃烧失重曲线向左偏移，且燃尽时间变短，燃烧速率上升，结果显示，温度的上升会加快煤粉的燃烧速度，并且在1000℃之后，增加温度对焦炭燃尽的促进效果更为明显；在混合燃烧时，加入高挥发性的煤，能够有效地提高煤粉在燃烧初期的着火特性，而高固定碳煤的掺烧会延长燃尽时间，因此会降低燃尽率；在准东煤中掺入混合煤，可以使其灰熔点升高，并对其熔化性能进行了明显的改善，这样就能减少或避免在煤的来源上，炉内受热表面的污染和结渣，保证锅炉安全、经济的运转。

关键词：准东煤；燃烧；特性分析引言准东煤田是中国已知最大全煤储量最大的一块。

准东梅粉在燃烧过程中具有燃点低以及燃烧率高等特点，与此同时还不会产生较高的污染排放物。

属于我国硫分低的煤种，具有高挥发性、低灰分和高热值，是一种很好的发电用煤。

但同时，准东煤灰的熔化温度很低，煤中的碱金属如钙、钠、钾的含量也很高，特别是Na2O的含量，大多都超过了5%，远远超出了当前我国典型烟煤乃至褐煤的含钠水平，在燃烧时易引起碱金属污染，结焦等问题。

1实验部分1.1样品实验选用准东煤田开采的文新佳业（WX）以及永华金泰（YH）等多个煤种。

通过对煤样进行研磨和过筛，筛选出100-120目的煤粉作为试验材料。

1.2实验系统及过程所述主要装置包括：用于提供精确恒温环境的智能化温度控制管式炉，其恒温区在管式炉的炉膛中部，长度为200毫米，最低温度为8000℃，最高温度为1700℃, 在对温度进行控制时，控制范围为5℃左右；采用烟气分析仪、微机等构成了数据采集与分析系统；耐高温支架，钢制船体，钢制轨道等。

新疆准东高钠煤燃烧特性的实验平台设计韩顺顺;樊小朝;魏博;严什;欧阳程;朱亚坤【摘要】新疆准东煤炭储量丰富,但高钠煤占比较高,在电站燃烧过程中结垢严重.文中从沾污、结焦的本质出发,对影响钠迁移因素(反应温度、反应气氛等)的实验平台进行了初步设计,为实验研究准东煤中碱金属钠在整个燃烧过程中的变迁形态做准备.文中研究有助于了解准东高钠煤燃烧特性,提高高钠煤的利用率及稳定性.【期刊名称】《应用能源技术》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】3页(P33-35)【关键词】新疆准东;高钠煤;燃烧特性;实验平台设计【作者】韩顺顺;樊小朝;魏博;严什;欧阳程;朱亚坤【作者单位】新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐830000;新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐830000;新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐830000;新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐830000;新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐830000;新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐830000【正文语种】中文【中图分类】TK224.9新疆大型煤炭基地是我国第十四个大型煤炭基地，是我国煤炭生产力西移的重要承接区，已具备形成国家重要煤炭基地的条件。

新疆大型煤炭基地由吐哈、准噶尔、伊犁、库拜四大区组成。

新疆准东是煤炭储量丰富，预测储量达3.9×1011t，是我国目前最大的整装煤田。

新疆准东煤储量巨大，开采成本低，煤反应性好，容易燃尽，是良好的动力用煤来源。

但是，准东煤中的钠含量总体都在2%以上，远高于其他地区的动力用煤[1-3]。

然而，新疆准东高钠煤占比很高，在锅炉里燃烧的过程中，沾污、结垢等问题会出现，而且有些火电厂很严重的[4-5]，如图1所示。

沾污、结垢将导致换热面管束间被堵塞，影响到电厂锅炉受热面的传热，进而会影响整个锅炉的安全经济运行。

换热表面沾污液态物质捕捉高熔点物质，在高熔点物外层会沾上低熔点物，周而复始，会形成大块层状焦块；同时，释放出的钠与管壁发生高温腐蚀，严重影响了高钠煤的利用。

碱金属对煤灰熔融特性的影响机理刘欢欢;杜梅芳;王要克;李明强【摘要】碱性矿物质是高碱煤灰沾污结渣的重要影响因素.本文首先通过影像式烧结点试验仪研究了一种准东高碱煤与四种非高碱煤灰的熔融特性,并利用电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP)、X射线衍射仪(XRD)对高碱煤灰熔融过程中元素迁移及矿物变化进行研究,在此基础上,进一步利用量子化学理论从微观层面分析了碱性矿物质降低高碱煤灰熔融温度的机理.结果表明:高碱煤比其他四种非高碱煤初始熔融温度低60℃到110℃;随着高碱煤制灰温度的升高,初始熔融温度也由700℃逐渐升高至770℃,初始熔融的量也随之降低,其沾污、结渣倾向减弱;灰中K2 SO4、NaAlSiO4参与灰中低温共熔体的生成,随着温度的升高其物相逐渐消失;灰中碱性矿物NaAlSi3 O8的相变活性位点优先受到灰中K+、M g2+、Na+、Ca2+等离子势较低的离子攻击,使其矿物体系中硅氧四面体[SiO4]4-与铝氧四面体[AlO4]5-分离成片段,进而发生分子段的重组,形成熔点更低的低温共熔体而增加灰中液相.【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2018(036)006【总页数】8页(P985-992)【关键词】高碱煤;熔融特性;量子化学;相变活性位点;低温共融【作者】刘欢欢;杜梅芳;王要克;李明强【作者单位】上海理工大学理学院,上海 200093;上海理工大学理学院,上海200093;上海理工大学理学院,上海 200093;上海理工大学环境与建筑学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TQ5341 前言我国新疆准东煤田已探明储量达2136亿吨，是中国乃至世界最大的整装煤田[1]。

然而该地区煤的原生矿物中含有大量的Na、K等碱金属元素[2]。

在燃用高碱煤过程中，其灰的沾污、结渣行为与常规动力用煤的沾污结渣行为有很大不同，导致新疆准东地区大多数燃煤电站锅炉均无法长期、稳定燃用该煤种，极大地增加了电站运行成本和能耗。

什么是准东煤如何解决准东煤的结焦问题“准东”是指准噶尔盆地东部从阜康市到木垒哈萨克自治县的一条狭长地带,东西长约220公里。

准东煤田资源预测储量达3900亿吨,累计探明煤炭资源储量为2136亿吨,是我国最大的整装煤田。

准东煤价格便宜，但是煤质成分十分特殊，高水分且结焦沾污性极强，碱金属氧化物含量极高，尤其是氧化钾、氧化钠含高达2%-10%。

在我国新疆大部分电厂都在使用“准东煤”。

北京志盛威华化工有限公司对准东煤的应用和应用后常见问题及问题防治做出系统的分析和建议：1.准东煤结焦特征a)一般掺烧比列在60%以内，且掺烧比列的高低和井工煤的品质有直接关系。

b)随着锅炉容量的增加，掺烧准东煤的性能有所提高。

c)准东煤的掺烧比列和锅炉的负荷有很大关系，一旦负荷超过某一临界负荷结焦发展速度非常迅速，准东煤掺烧能力大幅下降。

d)四角切圆锅炉随着切圆减小，燃用准东煤的性能有所提高。

e)随着飞灰含碳量升高，炉膛内发生结焦的概率降低，但屏式受热面和对流发生结焦的概率升高。

f)燃用准东煤的过程中吹灰频次明显增加，随着掺烧比列升高，多数情况下需要连续吹灰。

g)即使对于灰熔点大于1350℃的准东煤，依然存在严重结焦问题，准东煤的结焦性能同灰熔点的相关性不是很强（灰熔点最高可达1500℃）。

h)现役锅炉掺烧准东煤后飞灰中碳含量明显升高。

i)同一锅炉不同矿区的准东煤掺烧性能差异明显，结焦部位有明显不同。

2.燃用准东煤结焦机理1)碱土金属CaO的含量高，最高可达60%左右，SiO2的含量变化范围大从6%到50%不等，碱金属Na2O含量在2%-10%之间（中国国内动力煤Na2O的含量都低于1%），Al2O3的含量在15%-25%，其中五彩湾和木垒矿区的灰分中发现SO3高达20%-35%。

典型的准东煤灰熔点在1100-1200℃之间，属于易熔灰，极易结焦；DT与FT的温差只有30-60摄氏度，属于短渣煤，极易结焦。

2)硅和铝都有增高灰熔点的作用，但当硅铝比SiO2/Al2O3＞1.2时，自由的SiO2就会与CaO结合生成CaSiO3,焦渣的熔点就会大大降低，准东煤硅铝比普遍大于2.67，此时DT（变形温度）无明显变化，但FT（流动温度）下降，易结焦。

添加剂对准东煤灰熔融特性的影响赵庆庆;代纪邦;金晶;程智海;钟程鹏【摘要】In order to improve Zhundong coal’s ash melting point,four kinds of typical Zhundong coal were taken as coal samples.By using three-element phase diagram of SiO2 -CaO-Al2 O3 ,the variation of slagging tendency of Zhundong coal was analyzed,and the relationship between chemical composition and ash melting was investigated by using an ash melting point tester.The results show that,based on the ash melting trend in three-element phase diagram,the addition of right amount of oxide additives can improve the ash melting temperature.Experiments show that Shenhua coal with the adddition of 5% of CaO and 5% of Al2 O3 can significantly improve the ash melting temperature.The effect of SiO2 on ash fusion temperature has dual character.The study provides theoretical basis for the practical industrial application of Zhundong coal.Considering from the aspects of economy,power plants and industrial boilers,a mixture of quartzsand,limestone,high alumina can be added to better address Zhundong coal issues.%以4种典型的准东煤为煤样，利用 SiO2－CaO－Al2 O3三元系统相图分析了准东煤结渣倾向性的变化，并采用灰熔融温度测试仪研究煤灰化学成分和灰熔融性的关系，寻求提高准东煤灰熔融温度的方法。

㊀第46卷第1期煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报Vol.46㊀No.1㊀㊀2021年1月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETYJan.㊀2021㊀烟气气氛对准东煤灰熔融特性影响的显微观察吕俊复1,史㊀航2,吴玉新1,姚㊀伟3,刘㊀青1,张㊀海1(1.清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室,北京㊀100084;2.中国石油国际事业有限公司,北京㊀100033;3.西安热工研究院有限公司,陕西西安㊀710032)摘㊀要:准东煤田预测储量高,准东煤灰具有高硫,低硅铝,高碱/碱土金属等特点,实际燃用准东煤锅炉出现了严重的沾污㊁结渣现象,影响准东煤的大规模开发利用㊂烟气气氛(含有大量SO 2,SO 3)可能影响高温下Na 2SO 4的生成/分解,从而影响煤灰的熔融过程㊂深入研究烟气气氛对准东煤灰熔融特性的影响,有助于加深对锅炉结渣过程的理解,为燃用准东煤锅炉结渣防控提供技术支持㊂为获得烟气气氛对准东煤灰熔融特性的影响规律,建立了单热电偶高温显微观察系统(SHTT ),比较了还原性气氛㊁氧化性气氛㊁惰性气氛及模拟烟气气氛下准东煤灰的熔融特性㊂结果表明,建立的灰熔融温度测试方法精度较好,96．92%的灰样熔融温度与标准灰熔点仪测得的流动温度相比偏差在3%以内(ɤ40ħ),最大偏差<50ħ,测试偏差在煤灰熔融特性测试允许误差范围内㊂当碱酸比R <2．5时,气氛对灰熔融特性无显著影响;当R >2．5时,煤灰组分中Fe 2O 3质量分数较高,导致还原性气氛下灰熔点降低㊂烟气中SO 2对煤灰熔融温度的影响与煤灰组分相关,当R >2．5时,煤灰中碱/碱土金属及硫(AAEM /S )质量分数较高,烟气中SO 2会抑制煤灰中CaSO 4的分解,提升高温下煤灰中CaO 质量分数,并减少长石,辉石等低熔点矿物的生成,进而提升煤灰熔融温度㊂烟气中SO 2是促进富含Na /Fe 硫酸盐或硫化物超细颗粒生成及沉积的重要因素㊂关键词:煤灰熔融特性;准东煤;烟气气氛;单热电偶高温显微观察系统(SHTT );SO 2中图分类号:TQ534㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:0253-9993(2021)01-0263-11移动阅读收稿日期:2020-11-29㊀㊀修回日期:2021-01-10㊀㊀责任编辑:黄小雨㊀㊀DOI :10.13225/ki.jccs.YG20.1858㊀㊀基金项目:国家自然科学基金资助项目(51761125011);中国华能集团总部科技基金资助项目(HNKJ18-H09);山西省科技重大专项资助项目(20181102001)㊀㊀作者简介:吕俊复(1967 ),男,辽宁复县人,教授㊂E -mail:lvjf@mail．tsinghua．edu．cn ㊀㊀通讯作者:史㊀航(1992 ),男,河南长葛人,博士㊂E -mail:463795202@qq．com㊀㊀引用格式:吕俊复,史航,吴玉新,等.烟气气氛对准东煤灰熔融特性影响的显微观察[J].煤炭学报,2021,46(1):263-273.LÜJunfu,SHI Hang,WU Yuxin,et al.Influence of flue gas atmosphere on Zhundong coal ash melting characteris-tics through microscopic observation[J].Journal of China Coal Society,2021,46(1):263-273.Influence of flue gas atmosphere on Zhundong coal ash melting characteristicsthrough microscopic observationLÜJunfu 1,SHI Hang 2,WU Yuxin 1,YAO Wei 3,LIU Qing 1,ZHANG Hai 1(1.Key Laboratory for Thermal Science and Power Engineering of Ministry of Education ,Tsinghua University ,Beijing ㊀100084,China ;2.Petrochina Interna-tional Co.,Ltd.,Beijing ㊀100033,China ;3.Xi an Thermal Power Research Institute Co.,Ltd.,Xi an ㊀710032,China )Abstract :Zhundong Coal field has a high predicted coal reserve.The ash generated by Zhundong coal is characterized by high content of Sulphur,alkali /alkaline,and low content of Si and Al.Sever fouling,slagging problems occurred in Zhundong coal-fired boilers,which greatly obstruct the large-scale utilization of Zhundong coal.The formation /decom-position of Na 2SO 4at high temperature may be affected by SO 2and SO 3in flue gas.Thereby affecting the meltingprocess of coal ash.In-depth study on the influence of the flue gas atmosphere on the melting characteristics of coalash will help deepen the understanding of the slag process.Which can provide technical support for the slagging pre-煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2021年第46卷vention in real boilers.To acquire the influence of flue gas atmosphere on the melting characteristics of Zhundong coal ash,a high temperature online microscopic observation test rig based on single hot thermo-couple technique(SHTT) was constructed.The melting characteristics of Zhundong ash under the reducing,oxidizing and inert atmosphere were compared.The results show that96.92%of the measured ash melting point through SHTT test rig is consistent with the standard melting point measurement method,and within an uncertainty of3%.When alkali/acid ratio R is lower than2.5,the atmosphere have little effect on ash melting point.When R is larger than2.5,the high Fe2O3content causes a lower ash melting point at the reducing atmosphere.In real flue gas atmosphere,the melting point of Zhundo-ng ash increases since the existence of SO2restrains decomposition of CaSO4in Zhundong ash as well as the production of low melting materials such as feldspar and augite.SO2in flue gas also stimulates the production of ultra-fine parti-cles rich of Na/Fe sulfates and thus plays a significant role on fouling and deposition.Key words:melting characteristics of ash;Zhundong coal;flue gas atmosphere;single hot thermocouple technique (SHTT);SO2㊀㊀煤灰熔融温度是锅炉沾污㊁结渣的重要评判指标之一㊂准确预测准东煤及其混煤的灰熔融和结渣特性是实施结渣防控措施的前提㊂锅炉运行经验表明,准东煤的结渣特性与其他煤种差异较大[1]㊂由于部分准东煤灰中CaO等高熔点碱性氧化物质量分数高达30%以上,导致实验测得的灰熔点及灰熔融温度较高㊂而在实际燃用准东煤过程中,CaO会与Na2O,SO3,SiO2等反应生成低温共熔化合物,导致严重的结渣与沾污现象[2-3]㊂结渣特性与燃烧气氛密切相关,对于富含高碱㊁碱土金属的准东煤灰而言,有可能与烟气中的SO2发生复杂化学反应[1],然而目前对于实际燃烧条件下的灰渣熔融特性研究相对仍比较少㊂气氛会改变煤灰矿物质反应过程中形成的产物,进而改变灰熔融特性㊂灰熔融特征温度的测定气氛一般分为氧化性气氛,弱还原性气氛和强还原气氛[4]㊂还原性气氛下,煤灰中Fe,S等多价态矿物倾向于以低价态形式存在且具有较强助熔性[5]㊂相较于氧化性气氛,煤灰在还原性气氛下灰熔点较低[6-7]㊂还原性气氛下,准东煤较高的碱/碱土金属及硫元素(AAEM/S)质量分数会进一步影响煤灰熔融过程,高钠,高硫煤灰中有霞石等低熔点含Na硅铝酸盐生成,也会降低灰熔点㊂例如BAI等[8]及VASSILEV等[9]发现还原性气氛下煤灰中硫酸盐,硅酸盐和氧化物的增加可降低灰熔融特征温度㊂在氧化性气氛下,Na2SO4是Na的主要赋存形态,当温度高于1250ħ时Na2SO4分解,导致灰中Na质量分数降低,Na2SO4仅在硅铝质量分数较低时可在高温下生成㊂氧化性气氛下,在锅炉沾污,结渣样品中均检测到了含硫矿物[10],Na2SO4的生成会影响煤灰的熔融过程[11]㊂ZHOU等[12]研究O2体积分数对准东煤烧结行为的影响,发现不同O2体积分数下煤灰中矿物组分种类无明显区别㊂在准东煤燃烧过程中,气相Na基组分可能与烟气中的SO2,SO3反应生成Na2SO4,并凝结在低温水冷壁上形成熔融状的结渣底层从而促进结渣㊂煤灰中Na2SO4可与其他矿物反应生成Na3Fe(SO4)3, Na2SO4-NaCl(熔点分别为896,898ħ)等复合硫酸盐,从而促进锅炉结渣㊂目前,针对气氛对灰熔融特性影响的研究主要采用氧化性/还原性气氛,与实际锅炉烟气气氛差异较大,对锅炉烟气气氛下煤灰熔融特性的研究甚少㊂对于煤灰熔渣理化特性的研究,主要采用灰熔点仪,灰黏度测定装置,此外,XRF,XRD,TMA(Ther-mal Mechanic Analysis),TG/DSC(Thermal Gravimet-ric/Differential Scanning Calorimetry)等测试方法检测矿物组分,液相比例等微观信息㊂采用Factsage等热力学计算软件被用于分析高温下煤灰矿物转化㊂WAANDERS[13],ILYUSHECHKIN[14]对比Fact-sage计算获得的矿物组成和灰渣激冷样XRD分析结果,结果表明Factsage能较好的获得高温下处于平衡态的煤灰矿物组成㊂已有实验方法通常通过煤灰样品轮廓,体积变化表征熔融过程,无法观测煤灰熔融过程中微观形貌的变化㊂为了深入理解准东煤灰在实际烟气氛围下的熔融过程,笔者建立了单热电偶高温显微观察系统,适用于熔融过程煤灰微观形貌变化的观测,可方便调控气氛㊂采用微观形貌分析方法以高硫,低硅铝,高碱/碱土金属准东五彩湾煤灰组分为基准制备的变组分系列人工合成煤灰为研究对象,考察了不同气氛(弱还原性气氛(体积分数为60%的CO与40%CO2的混合气体),氧化性气氛(体积分数5%O2,平衡气N2),惰性气氛(N2)及模拟烟气气氛(体积分数5% O2,0．3%SO2,平衡气N2)下准东煤灰熔融特性㊂462第1期吕俊复等:烟气气氛对准东煤灰熔融特性影响的显微观察1㊀样品制备1．1㊀配制煤灰样品设计此前经验表明,研究煤灰熔融特性及AAEM迁徙规律等煤灰理化特性时,制备煤灰灰化温度应低于500ħ,若条件允许最好采用低温灰化[15-16],以避免部分碱/碱土金属等从煤灰中析出而影响实验结果㊂笔者以高硫,低硅铝,高碱/碱土金属的准东五彩湾低温煤灰(150ħ灰化)组分为基准配制灰样品㊂取五彩湾空干基煤样,将其破碎至粒径<75μm后开展工业及元素分析,进一步对煤样采用低温灰化仪(YA-MATO PR300)制备低温灰,并通过ICP-OES测定煤灰中的金属质量分数,采用XRF测定S元素质量分数,典型五彩湾煤煤质特性及低温灰成分(金属氧化物表示)数据见表1,煤灰样品设计见表2,其中样品1-2,2-2,3-3,4-1,5-4,6-4,7-1和8-1为按照准东煤灰组分配置的标准工况,其他工况均是在标准工况基础上,改变某一变量变化的同时,保证其他组分比例不变的原则下获得的㊂设计过程中考虑因素包括硅铝比,硅铝和,CaO,Fe2O3,Na2O,SO3,SiO2和Al2O3质量分数对典型准东五彩湾煤灰灰熔融特性的影响㊂表1㊀五彩湾煤质特性(空干基)及灰成分分析(金属氧化物)Table1㊀Proximate/ultimate analysis of Wucaiwan coal and elementary analysis of ash generated at low temperature%工业分析M ad A ad V ad FC ad元素分析C ad H ad O ad N ad S ad组分质量分数SiO2Al2O3CaO Fe2O3MgO NaOH SO311．223．5429．2755．9768．024．5915．270．390．5112．339．727．662．2411．059．9927．03表2㊀人工配制煤灰的组分设计Table2㊀Component design of synthetic coal ash samples%样品编号组分质量分数/%SiO2Al2O3CaO Fe2O3MgO NaOH CaSO4质量分数和(SiO2+Al2O3)质量分数比(SiO2/Al2O3)总Ca质量分数/%总Na质量分数/%总S质量分数/%1-17．3414．698．742．2411．059．9945．9522．030．501-212．339．708．742．2411．059．9945．9522．031．271-315．746．308．742．2411．059．9945．9522．032．501-417．144．908．742．2411．059．9945．9522．033．501-517．634．418．742．2411．059．9945．9522．034．002-15．594．4010．092．5912．7611．5353．0510．001．272-212．339．708．742．2411．059．9945．9522．031．272-316．7813．217．852．019．928．9741．2630．001．272-422．3717．616．731．738．517．6935．3640．001．272-527．9622．025．611．447．096．4129．4750．001．273-120．6116．2103．7518．4816．7024．2936．8210．003-213．4710．600．332．4512．0710．9150．1924．0621．003-312．339．708．742．2411．059．9945．9522．0321．003-411．088．7218．002．019．938．9841．2919．8035．003-510．238．0524．301．869．178．2938．1218．2740．003-69．387．3830．611．708．417．6034．9416．7545．004-112．339．708．742．2411．059．9945．9522．031．274-211．358．938．0510．0010．189．2042．3120．281．274-310．728．447．6015．009．618．6939．9619．161．274-410．097．947．1520．009．058．1837．6118．031．274-59．467．446．7125．008．487．6635．2616．901．274-68．836．956．2630．007．927．1532．9115．781．27562煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2021年第46卷续㊀表样品编号组分质量分数/%SiO2Al2O3CaO Fe2O3MgO NaOH CaSO4质量分数和(SiO2+Al2O3)质量分数比(SiO2/Al2O3)总Ca质量分数/%总Na质量分数/%总S质量分数/%5-113．7010．789．712．4912．280．0051．0524．4805-213．1710．369．332．3911．803．8749．0723．533．005-312．649．948．962．3011．337．7447．1022．586．005-412．339．708．742．2411．059．9945．9522．037．745-511．589．118．212．1010．3815．4843．1520．6911．995-611．058．697．832．019．9019．3541．1719．7414．996-112．339．708．742．2411．059．9945．9522．0327．03 6-222．8117．9516．184．1520．4518．48040．760 6-318．9414．9013．433．4416．9815．3417．0033．8310．00 6-415．0611．8510．682．7413．5012．2034．0026．9020．00 6-57．145．625．061．306．405．7868．7212．7540．42 7-112．339．708．742．2411．059．9945．9522．031．277-218．009．078．182．1010．349．3442．9827．071．987-324．008．417．581．949．588．6639．8432．412．857-430．007．756．981．798．837．9836．6937．753．877-536．007．086．381．648．077．2933．5543．085．087-642．006．425．781．487．316．6130．4048．426．548-112．339．708．742．2411．059．9945．9522．031．278-211．7414．008．332．1410．539．5143．7725．740．848-311．2018．007．942．0410．049．0741．7329．200．628-410．6522．007．551．949．558．6339．7032．650．488-510．1026．007．161．849．068．1937．6636．100．398-69．5630．006．781．748．577．7435．6239．560．321．2㊀样品制备方法采用SiO2,Al2O3,CaSO4,Fe2O3,MgO和NaOH这6种分析纯氧化物/化合物制备样品㊂样品制备过程包括:①将SiO2,Al2O3,CaSO4,Fe2O3,MgO和NaOH 和无水乙醇预混并置于球磨机中研磨;②将混料置于惰性气氛下的干燥箱中,干燥温度125ħ,干燥时间24h;③将干燥后的样品置于球磨机研磨后过100目筛网保证配制灰样混合均匀㊂2㊀实验装置及实验方法2．1㊀煤灰熔融温度测试系统已有实验方法一般通过煤灰样品轮廓,体积变化表征熔融过程,无法观测煤灰熔融过程中微观形貌的变化㊂为了深入理解准东煤灰的熔融过程,笔者基于KASHIWAYA等[17-18]提出的热丝法,建立了单热电偶高温显微观察系统(Single Hot Thermocouple Technique,SHTT),适用于熔融过程煤灰微观形貌变化的观测,并且可方便调控气氛㊂对光学成像系统和气氛调制进行了单独设计,如图1所示㊂系统主要包括气路系统,温控系统,显微观察系统,数据采集系统㊂将直径为0．5mm的铂铑热电偶(B型)弯折成U形,固定在电极上,与温控仪相连,铂铑热电偶同时作为加热元件用于样品加热,并作为测温部件实时测量样品温度并传送至数据采集系统㊂计算机通过温控仪控制热电偶加热功率及升降温速率,显微镜通过电子目镜与计算机连接,记录熔融过程中煤灰微观形貌变化㊂㊀㊀将煤灰样品通过酒精黏附于U形铂铑热电偶弯成的间隙中,如图1(b)所示,其中黑色曲线圈成的环形区域标记为样品的初始面积A0,随着热偶丝温度不断升高,样品逐渐软化,熔融,所占面积不断变化,计实验开始后的某时刻为t,样品所占面积为A t,即可根据样品面积的变化率来判断其熔融特征㊂利用该方法单次实验样品质量约5~10mg,由于样品量少,可以实现煤灰样品的快速升温和降温,加热和冷却速率最高可达到300K/s㊂实验前,利用标样进行温度标定,消除设备引起的测量误差㊂测试过程中使用显微镜对煤灰熔融过程进行在线观察,记录煤灰熔融温度㊂662第1期吕俊复等:烟气气氛对准东煤灰熔融特性影响的显微观察图1㊀单热电偶高温在线观察系统及样品放置Fig．1㊀Single thermocouple high temperature online observation system and sample position㊀㊀实验设置的温控曲线如图2所示,为方便与通过灰锥法获得的煤灰熔融特征温度(参考‘煤灰熔融性的测定方法“,GB /T219 2008)进行比较,使用SHTT 系统测试煤灰熔融温度时,升温速率与国标法保持一致,实验开始前,先使用N 2对反应器内吹扫5min,之后关闭吹扫气,打开实验气,5min 后以7ħ/min 升温速率使样品从室温升高至1500ħ,电子目镜拍照间隔为1张/s,测试结束后,以200ħ/s 降温速率使样品迅速降低至室温㊂图2㊀煤灰熔融温度测试温控曲线Fig．2㊀Temperature control curve of coal ash meltingtemperature test每个煤灰样品均进行至少2次重复实验,且2次实验应采用不同热电偶,当2次实验测得煤灰熔融温度偏差ɤ30ħ,认为测试数据准确,此时以2次实验测得的煤灰熔融温度平均值作为该煤灰样品的煤灰熔融温度㊂当2次实验结果偏差>30ħ,应重新进行实验至偏差ɤ30ħ㊂2．2㊀煤灰熔融特征温度测试为了验证基于SHTT 法建立的煤灰熔融温度测试系统的可靠性,采用Carbolite CAF 1600灰熔点仪对五彩湾煤灰及配制灰进行煤灰熔融温度测试,测试基于GB /T 219 2008国家标准,气氛采用弱还原性气氛(体积分数为60%的CO 与体积分数为40%的CO 2混合气体)㊂测试方法:将煤灰通过模具压制为底边边长7mm,高20mm 的三角锥体,置于弱还原性气氛的电炉内进行加热,测试过程中使用连续摄像技术对煤灰熔融过程进行在线观察,记录煤灰不同变形程度下的4个特征温度(变形温度DT,软化温度ST,半球温度HT,流动温度FT)㊂3㊀实验结果及分析3．1㊀煤灰熔融温度测试系统准确度分析3．1．1㊀煤灰熔融温度T FT选取按照五彩湾煤低温灰组分配制的样品1-2作为基准灰样,通过单热电偶高温在线观察装置显微镜拍摄得到的配制煤灰升温至熔融过程中的照片,记录煤灰熔融过程中微观形貌的变化㊂还原性气氛下煤灰微观形貌变化如图3所示,图中明亮区域为热电偶,U 型区域内灰色部分为基准煤灰㊂1369ħ时基准灰样在6s 内快速熔融,在1370ħ时,灰样品在表面张力作用下收缩为熔渣液滴,认为此刻状态为灰样品完全熔融,并与标准灰熔点仪测得的流动温度FT 相对应㊂将SHTT 法在线观察获取的煤灰熔融温度T FT 定义为煤灰面积急剧减小至完全熔融流动态的转变温度㊂对比冷态灰样图1(b)可见,对于基准灰样,其煤灰熔融温度T FT 为1370ħ㊂3．1．2㊀煤灰熔融温度测试精度分析基于上述图像分析方法可获得人工配制灰样在不同气氛下煤灰熔融温度T FT ㊂为方便比较,分别将弱还原性气氛,氧化性气氛,惰性气氛以及模拟烟气762煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2021年第46卷图3㊀还原性气氛下基准灰样完全熔融前9秒形态变化Fig．3㊀Morphological changes of synthetic coal ash sample9s before complete melting in reducing atmosphere气氛下获得的煤灰熔融温度记为T(CO)FT,T(O2)FT, T(N2)FT,T(SO2)FT㊂采用配制灰表征准东煤灰,分别对人工配制灰可行性,煤灰熔融温度测试系统重复性,煤灰熔融温度测试系统测试精度进行分析㊂为了验证人工配制灰表征准东煤灰熔融特性的可行性,分别采用SHTT和Carbolite CAF1600灰熔点仪对五彩湾煤灰及配制灰进行煤灰熔融温度测试㊂其中,灰熔点仪的重复性限制为ɤ60ħ(对DT)和ɤ40ħ(对ST,HT和FT),再现性临界差为ɤ80ħ㊂基于灰熔点仪和本研究方法对基准灰样1-2及原始五彩湾低温灰在还原性气氛下测得的特征温度测试结果见表3,其中前4列为灰熔点仪获得的4个特征温度,最后1列为采用SHTT方法测得的灰熔融温度㊂基准灰样与原始五彩湾低温灰灰熔融特征温度与煤灰熔融温度偏差均小于40ħ,在灰熔融特征温度测试重复性限内,因此,配制灰可用于表征准东煤灰的熔融特性㊂表3㊀基准灰样及原始五彩湾低温灰灰熔融特征温度Table3㊀Ash fusion temperatures of synthetic coal ashsamples and Wucaiwan coal ashħ样品DT ST HT FT T(CO)FT 五彩湾低温灰13301339135013811376 1-213391370137213801370㊀㊀为了验证基于SHTT法建立的煤灰熔融温度测试系统的可重复性,在还原性气氛下重复测量了表2所列出各种掺配样品的熔融温度T(CO)FT,每个掺配灰样品均进行至少2次重复实验,且2次实验采用不同热电偶,当2次实验测得煤灰熔融温度偏差ɤ30ħ,认为测试数据准确,不同热电偶重复实验获得的煤灰熔融温度如图4所示,横坐标表示对所有配置灰样品开展的灰熔融温度实验编号,每1个点至少包含2次重复性实验,其中点所对应的值为平均温度,误差线表示重复试验覆盖的温度范围㊂图4㊀不同气氛下煤灰熔融温度测试重复性实验Fig．4㊀Repeatability experiment of ash fusion temperaturetest under different atmosphere由图4可知,重复实验获得的煤灰熔融温度偏差均在30ħ以内,小于煤灰熔融特征温度测试允许误差㊂以采用灰熔点仪获得的流动温度FT作为基准与采用SHTT方法获得的煤灰熔融温度T(CO)FT进行比较,以验证SHTT方法的测试精度㊂表2中所有配置灰样在还原性气氛下的测量结果对比如图5所示㊂当2者温度一致时,测量点将落到对角线上,可见T(CO)FT整体较FT略高,96．92%的煤灰熔融温862第1期吕俊复等:烟气气氛对准东煤灰熔融特性影响的显微观察度与流动温度相比偏差在3%(ɤ40ħ)以内,2者最大偏差小于50ħ㊂图5表明T(CO)FT与FT偏差在灰熔融特征温度测试重复性限内㊂采用本文提出的SHTT方法测试煤灰熔融特性具有较好的重复性及精度㊂3．2㊀不同气氛下煤灰熔融的形态转变选取1-2作为基准灰样,分析气氛对煤灰熔融过程微观形貌的影响㊂通过SHTT方法在还原性气氛下显微拍摄的样品形貌变化如图6所示㊂另外3种气氛下煤灰样品形态变化过程与还原性气氛类似㊂当温度高于1000ħ时,煤灰样品开始收缩,当温度高于1200ħ,煤灰收缩更加明显,当温度达到1300ħ,虽未达到基准样品的FT温度(1381ħ),但从图6可见有明显熔融态的矿物生成,并且样品面积收缩显著,当温度高于1400ħ,基准样品已成完全熔融成液相附着在铂铑热电偶上㊂图5㊀煤灰熔融温度T(CO)FT与流动温度FT对比Fig．5㊀Comparison of T(CO)FT and FT图6㊀还原性气氛下基准灰样升温过程中形态变化Fig．6㊀Morphological changes of synthetic coal ash sample during heating in reducing atmosphere㊀㊀采用ImageJ软件对获得的图像进行处理,定义面积收缩率A shrink为A shrink=1-A t/A0(1)㊀㊀A shrink表征灰的熔融进程,A shrink越大,表明化学反应或煤灰熔融程度加剧㊂分别对基准灰样1-2在4种气氛下的熔融过程图像进行处理,通过式(1)计算获得基准灰样面积随温度的转变,如图7所示㊂当温度高于1000ħ,基准灰样面积随着温度的升高缓慢降低,温度在1000~1200ħ,灰样面积减少约20%,且还原性气氛下,基准灰样最先收缩,惰性气氛次之,氧化性气氛及模拟烟气气氛下,基准灰样收缩明显滞后㊂当温度继续升高至1200ħ,样品面积收缩速率明显加快,达到灰熔点后,样品面积变图7㊀不同气氛下升温过程中基准灰样面积变化Fig．7㊀Area change of synthetic coal ash sample during heating in different atmospheres962煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2021年第46卷化不大,此时样品面积与气氛相关,在还原性气氛,氧化性气氛,惰性气氛,模拟烟气气氛下,样品最终面积分别为煤灰初始面积的15．62%,14．01%,9．92%,14．04%㊂升温过程中,基准灰样出现2次面积的显著变化㊂第1次面积的减小出现在温度在1000~1200ħ,由图6可知,此时基准灰样中未出现明显的熔融态物质,灰样收缩率低于20%㊂第2次面积显著降低出现于温度在1200~1350ħ,基准灰样在该温度区间的形态变化如图8所示,可见显微形貌观察与标准灰熔点仪观察的结果在该区间差异较大㊂标准灰熔点仪的起始变形温度为1339ħ,而显微观察表明,当温度达到1250ħ时,灰样所占面积就出现了明显收缩,样品面积的减小主要由于矿物间的反应生成低温共熔体等矿物导致[9]㊂当温度高于1275ħ,基准灰样中出现明显的熔融态物质,熔融的矿物逐渐包裹高熔点难熔物质,填充高熔点难熔物质间隙,导致灰样面积急剧减小㊂图8㊀还原性气氛下基准灰样升温过程中形态变化(1200~1370ħ)Fig．8㊀Morphological changes of synthetic coal ash sample during heating in reducing atmosphere(1200-1370ħ)㊀㊀LYNGFELT等[19]研究发现还原性气氛下CaSO4会分解,转化为CaS及CaO,主要反应包括式(2)~(4)㊂相较于氧化性气氛,CO可将CaSO4起始分解温度从1246ħ降低至925ħ[20-21]㊂CaSO4(s)+4CO(g)ңCaS(s)+4CO2(g)(2)CaSO4(s)+CO(g)ңCaO(s)+SO2(g)+CO2(g)(3)CaO(s)+SO2(g)+3CO(g)ңCaS(s)+3CO2(g)(4)㊀㊀高于1200ħ时,还原性气氛下基准灰样的收缩主要由于CaS的转化熔融,惰性㊁氧化性㊁模拟烟气气氛下灰样的收缩主要由于辉石(Ca3MgSi2O8),尖晶石(MgFe2O4)的转化熔融及Na2SO4和CaSO4的分解㊂对于典型准东煤灰,尖晶石,橄榄石,辉石,硫酸盐等矿物的分解,转化是影响煤灰熔融过程的主要因素㊂3．3㊀气氛对煤灰熔融特性的影响为便于描述灰组分对熔融特性的影响,采用碱酸比R表征配置灰样中氧化物特征:R=[w(SiO2)+w(Al2O3)+w(TiO2)][w(Fe2O3)+w(CaO)+w(MgO)+w(K2O)+w(Na2O)](5)其中,w为该组分质量分数㊂前人研究结果表明,不同气氛下Fe2O3对灰熔融特性的影响差异较大[22-24]㊂配比灰样R>0．75时,流动温度随Fe2O3质量分数增加而降低,还原性气氛下的煤灰熔融温度较氧化性气氛低约10ħ,当烟气中存在SO2时,与还原性气氛相比,煤灰熔融温度升高约40ħ㊂这是因为与氧化性气氛相比,还原性气氛下,部分Fe3+被还原为Fe2+,Fe2+离子势更低,助融效果更为显著[25]㊂对于硫质量分数较高的煤灰,还原性气氛下由于CaS,CaO等高熔点矿物的生成导致其灰熔点高于氧化性气氛㊂硫对灰熔融特性的影响与碱性氧化物质072第1期吕俊复等:烟气气氛对准东煤灰熔融特性影响的显微观察量分数密切相关㊂还原性气氛下准东煤灰主要反应包括式(2),(3),(6),(7)[9,26]:2CaO +SiO 2ңCa 2SiO 4(6)Na 2CO 3+2SiO 2+Al 2O 3ң2NaAlSiO 4+CO 2(7)㊀㊀对比采用单热电偶高温在线观察系统获得的不同气氛下的煤灰熔融温度,如图9所示㊂其中纵坐标T (O)FT /T (CO)FT 为氧化性气氛或模拟烟气气氛下测得的煤灰熔融温度与还原性气氛下测得的煤灰熔融温度之比㊂当R <2．5时,煤灰中酸性氧化物质量分数较高,有助于钙长石的生成,促进煤灰的熔融,气氛对灰熔融特性无显著影响㊂当R >2．5时,煤灰组分中Fe 2O 3质量分数较高,还原性气氛下灰熔点的降低主要受Fe 2O 3质量分数影响㊂图9㊀气氛对煤灰熔融温度的影响Fig．9㊀Influence of atmosphere on ash fusion temperaturesof coal ash对比模拟烟气气氛及氧化性气氛的煤灰熔融温度,由图10可知,实验范围内,烟气中SO 2对煤灰熔融温度的影响与煤灰组分相关,当R >2．5时,煤灰中AAEM,S 质量分数较高,烟气中SO 2可以抑制煤灰中CaSO 4的分解,CaO 与煤灰中其他矿物组分反应生成辉石,橄榄石等助熔矿物的反应一般发生在低于1100ħ,抑制CaSO 4的分解可以提升高温下煤灰中CaO 质量分数,减少长石,辉石等低熔点矿物的生成从而提升煤灰熔融温度㊂3．4㊀烟气中AAEM 硫酸盐的生成机制AAEM 的硫酸盐在煤灰沉积过程中起重要作用[27-28]㊂关于气相AAEM 的硫化反应是均相反应[29]还是异相反应[30]目前尚无定论㊂采用SHTT方法开展煤灰熔融特性研究时,通过双层高温玻璃内层玻璃采集高温下气相中冷凝矿物进行研究㊂采用单热电偶高温在线观测系统开展煤灰熔融图10㊀SO 2对煤灰熔融温度的影响Fig．10㊀Influence of SO 2in atmosphere on ashfusion temperatures of coal ash特性研究时发现,仅在模拟烟气气氛下,双层高温玻璃内层玻璃观测到大量黑色沉积物附着,采用SEM -EDS 分析黑色沉积物微观形貌及化学组成,如图11(a)所示㊂图11㊀SO 2气氛下沉积物SEM -EDS 结果Fig．11㊀SEM -EDS results of ash deposits under SO 2atmosphere㊀㊀能谱分析结果显示黑色颗粒物为<0．1μm 富含Na,Fe,S 元素的细颗粒(图11)㊂Na 2SO 4和CaSO 4挥发性较差,高温下易分解以氧化物等形式释放到气相中,并与烟气中SO 2反应生成硫酸盐,这与李庚达等通过一维炉对准东煤的研究结果是相似的[28]㊂硫酸盐的生成可能路径包括异相反应,均相反172煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2021年第46卷应-凝结成核-异相冷凝㊂假设是异相反应生成的硫酸盐,则在其他气氛下实验中在双层玻璃炉内侧上也会观测到含Na,Fe元素前驱体的凝结,但在壁面上均未观测到冷凝颗粒㊂综上,黑色颗粒物是由于气相Na基组分的均相硫酸盐化反应引起的㊂烟气中SO2是促进富含Na,Fe硫酸盐或硫化物超细颗粒生成及沉积的重要因素㊂4㊀结㊀㊀论(1)建立了一种快速响应,可调控气氛的灰熔融温度测试方法,结果表明96．92%的灰样测得的煤灰熔融温度与流动温度相比偏差在3%以内(ɤ40ħ),最大偏差<50ħ㊂(2)升温过程中,基准灰样面积出现两次显著变化,第1次面积变化出现在1000~1200ħ,基准灰样中未出现明显的熔融态物质,灰样面积降低主要是由于辉石(Ca3MgSi2O8),尖晶石(MgFe2O4)等矿物通过反应熔融为共熔物;第2次面积变化出现在1200~1350ħ,当温度高于1275ħ时出现明显的熔融态物质,导致灰样面积急剧减小,该温度区间基准灰样的收缩主要由于CaS的转化熔融㊂对于典型准东煤灰,尖晶石,橄榄石,辉石,硫酸盐等矿物的分解,转化是影响煤灰熔融过程的主要因素㊂(3)碱酸比R<2．5时,气氛对灰熔融特性无显著影响,R>2．5时,Fe2O3质量分数较高会导致还原性气氛下灰熔点的降低㊂烟气中SO2对煤灰熔融温度的影响与煤灰组分相关,当R>2．5时,烟气中SO2可以抑制煤灰中CaSO4的分解,提升高温下煤灰中CaO 质量分数,并减少长石,辉石等低熔点矿物的生成从而提升煤灰熔融温度㊂烟气中SO2是促进富含Na, Fe硫酸盐或硫化物超细颗粒生成及沉积的重要因素㊂参考文献(References):[1]㊀周永刚,范建勇,李培,等.高碱金属准东煤灰熔融过程的矿物质衍变[J].浙江大学学报(工学版),2015,49(8):1559-1564.ZHOU Yonggang,FAN Jianyong,LI Pei,et al.Mineral transmutation of high alkali Zhundong coal in ash melting process[J].Journal of Zhejiang 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准东煤高温燃烧过程中含钙矿物质的转化规律黄小河;张守玉;杨靖宁;江锋浩;吴顺延;慕晨;吕俊复【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2017(068)010【摘要】采用3种萃取液(水、醋酸铵和盐酸)对准东煤进行逐级萃取实验,使用高温气氛炉对准东原煤及萃取后的煤样进行燃烧实验,使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪和X射线衍射物相分析仪对萃取前后的固体煤样及燃烧后煤灰样品分别进行Ca元素分析和矿物检测.研究结果表明,准东煤中的钙元素主要以醋酸铵溶钙和盐酸溶钙形式存在.在燃烧过程中,准东煤中含钙矿物质与含硅、含铝矿物质反应生成硅钙石、斜硅钙石与钙铝石等;其中经水萃取后碱酸比减小,灰熔融温度升高,盐酸溶钙与含硅、含铝矿物质反应生成硅钙石、硅铝石等,不溶钙主要以稳定的硅铝酸盐形式存在.%Sequential extraction was employed to determine the modes of occurrence of calcium in Zhundong coal. The samples from Zhundong coals before and after extraction were ashed in a high temperature atmosphere furnace. The calcium content of the coal and ash samples and the calcium-contained minerals in the samples were determined using an inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy and X-ray diffraction analysis. The results indicated that the calcium contained in Zhundong coal was in the forms of water-soluble, ammonium acetate-soluble, hydrochloric acid-soluble and insoluble species, and the main calcium modes were the ammonium acetate-soluble and hydrochloric acid-soluble species, while the proportions of the water-soluble and insoluble-calcium were low. During the combustion process, the chemical reactions among the calcium-containing minerals, the silicon-containing minerals and aluminum-containing minerals in Zhundong coal occurred to form fukalite, mayenite, kilchoanite and rankinite. Thebase/acid ratio decreased and the ash melting temperature increased after water extraction. The hydrochloric acid-soluble calcium species reacted with the silicon-containing and aluminum-containing minerals, leading to form mayenite, kilchoanite and rankinite. The insoluble-calcium species existed in the form of margarite was stable in the coal during combustion process.【总页数】6页(P3906-3911)【作者】黄小河;张守玉;杨靖宁;江锋浩;吴顺延;慕晨;吕俊复【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;清华大学热能工程系,北京 100084【正文语种】中文【中图分类】TK16【相关文献】1.准东煤循环流化床气化过程中的矿物质转化行为特性 [J], 齐晓宾;宋国良;宋维健;吕清刚2.准东煤燃烧中矿物质转化行为的CCSEM研究 [J], 樊斌;于敦喜;曾宪鹏;吕为智;吴建群;徐明厚3.准东煤掺烧油页岩后矿物质的转化迁移 [J], 陈凡敏;王嘉瑞;赵冰;汪后港;李帅丹;秦岭;陈剑;李小江4.新型非含钙磷结合剂在慢性肾脏病-矿物质和骨异常患者中的临床应用 [J], 陈孜瑾;陈晓农5.燃准东煤过程中含钙矿物质对沉积初始层形成影响研究 [J], 路宇;王永贞;寇学森;尹国安;张斌;王南因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。