【摘 要】
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气流床煤气化技术是现代煤化工中煤炭清洁高效转化的龙头技术,由于采用高温液态排渣方式,气化煤灰的高温熔融和流动特性对于气化炉原料煤的选择与调配,气化炉运行中的挂渣、排渣问题具有重要意义。针对宁东地区典型气化用煤灰的高温熔融流动特性进行系统地研究,通过灰熔点测定仪、高温粘度计、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X荧光分析仪、拉曼光谱仪及热力学软件FactSage模拟,考察了熔渣成分差异及助熔组分变化对熔渣
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气流床煤气化技术是现代煤化工中煤炭清洁高效转化的龙头技术,由于采用高温液态排渣方式,气化煤灰的高温熔融和流动特性对于气化炉原料煤的选择与调配,气化炉运行中的挂渣、排渣问题具有重要意义。针对宁东地区典型气化用煤灰的高温熔融流动特性进行系统地研究,通过灰熔点测定仪、高温粘度计、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X荧光分析仪、拉曼光谱仪及热力学软件FactSage模拟,考察了熔渣成分差异及助熔组分变化对熔渣高温熔化过程和流动行为的作用规律,并探究了煤灰高温熔化过程中固液两相的热力学行为和传质行为,可为工业气化炉的长周期稳定运行提供技术支持。借助SiO2-Al2O3-AAEM（CaO+MgO+Na2O+K2O）拟三元熔融温度等温图,分析了宁东典型气化用煤的高温熔融和流动特性,并利用热力学软件对矿物质转化进行模拟。发现处于黄长石相区的样品流动温度（1152℃）最低,相比原煤灰降低了 40℃。通过考察不同化学参数对煤灰熔融特性和熔化过程中矿物质转化影响趋势,发现透辉石相区具有最小的全液相温度与流动温度差,流动温差不高于50℃,证明“黄长石-钙长石-透辉石”主相区的矿物质熔解规律:液相熔渣生成速率取决于熔化过程中矿物质的类型与相对含量。通过对熔渣粘度的考察,发现位于透辉石相区的一种熔渣具有良好的流动性,理想操作温度区间相比原煤灰下降约200℃,流动活化能仅为300kJ/mol,保留了与原煤灰相近的温度敏感性,临界粘性温度相比煤灰下降100℃。探究了熔渣的硅酸盐网络结构变化的原因并评价了熔渣结晶性。为进一步考察铁元素对熔渣高温特性的影响,提出采用Fe2O3/SiO2评价煤灰熔融流动特性。发现随着Fe2O3/SiO2含量的增加,炉渣的粘度显著降低。临界粘度温度（Tcv）从1309°C降至1226℃。通过滴定分析法发现,液态渣中90%以上的铁离子以Fe2+的形式存在。随着Fe2+含量的增加,熔渣中存在更多简单的离子团,桥氧数低,导致熔渣解聚。此外,通过对炉渣面积曲线和X射线衍射图的分析,高SiO2含量的灰在较低的熔化速度下转变为高粘度的炉渣,这被认为由“软化-熔融”机制控制。高Fe2O3/SiO2的灰在较窄的熔化间隔内可迅速转变为低粘度液体,遵循“熔化-溶解”机制。热力学计算表明,随着Fe2O3/SiO2含量的增加,有利于促进低温共晶的形成。炉渣熔化机理的研究将为炉渣流动特性的调控提供理论支持。
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