煤中碳酸鹽在氧-燃料燃燒條件下的轉化行為.pdf

1、氧/燃料燃燒是一種重要的燃煤CO2減排技術，同時便于NOx、SOx以及顆粒物等污染物的聯合脫除。在氧/燃料燃燒條件下，燃燒氣氛的改變使得鍋爐的傳熱傳質特性和煤粉的燃燒特性等發生重要改變，這些改變將會作用于煤中礦物質的轉化，進而影響爐內的積灰結渣行為以及顆粒物的生成排放特性。目前，眾多學者對氧/燃料燃燒條件下爐內灰沉積傾向還沒有達成一致的認識。煤中碳酸鹽礦物（菱鐵礦、方解石和白云石）是造成爐內積灰結渣以及顆粒物生成的重要因素。對于碳酸鹽礦

2、物轉化特性的研究將有助于推進氧/燃料燃燒條件下爐內灰沉積特性和顆粒物生成的研究。為此，本文通過系統的實驗和深入的分析對氧/燃料燃燒條件下煤中碳酸鹽礦物的轉化行為開展了相關研究。本文的主要內容如下：
　　采用熱重分析技術對菱鐵礦在氧/燃料燃燒氣氛下的轉化行為進行了研究。在程序升溫過程中，菱鐵礦在O2/CO2氣氛與O2/N2氣氛下具有相似的轉化規律。在這兩類氣氛下，菱鐵礦的分解溫度均高于N2氣氛，O2和CO2濃度的變化沒有影響菱鐵礦的

3、分解轉化特性。O2和CO2對菱鐵礦分解的作用機理不同，當O2與CO2共存時，O2與菱鐵礦的反應占主導，CO2對菱鐵礦分解轉化的影響較弱。當相同濃度H2O添加后，菱鐵礦在O2/CO2/H2O氣氛下的分解溫度高于O2/N2/H2O氣氛。當O2、CO2和H2O共存時，三者共同作用于菱鐵礦的分解轉化，CO2對菱鐵礦分解的抑制作用明顯。在等溫熱重實驗中，各種氣氛對菱鐵礦分解轉化的作用機理與程序升溫實驗類似。
　　將脫灰煤粉與菱鐵礦按比例混合

4、，模擬外在菱鐵礦，將純菱鐵礦與外在菱鐵礦分別在沉降爐上進行高溫實驗。純菱鐵礦的實驗結果表明：產物顆粒均未發生明顯的熔融和破碎；在O2/N2=7/93、O2/N2=21/79、O2/CO2=7/93和O2/CO2=21/79四種氣氛下，磁鐵礦是唯一的產物；當實驗氣氛為O2/CO2=32/68時，少量的赤鐵礦生成。氧/燃料燃燒氣氛對純菱鐵礦的轉化影響較小。外在菱鐵礦的實驗結果表明：在 O2/N2=7/93和O2/CO2=7/93兩種還原性氣

5、氛下，外在菱鐵礦的產物均包含方鐵礦和磁鐵礦。在O2/CO2=7/93氣氛下，產物中磁鐵礦的含量高于O2/N2=7/93氣氛。同時O2/CO2=7/93氣氛下，產物的熔融程度弱于 O2/N2=7/93氣氛。在氧/燃料燃燒還原性條件下，CO2主要通過影響煤粉的轉化以及自身的氧化作用，將菱鐵礦轉化為更多的磁鐵礦。在O2/N2=21/79、O2/CO2=21/79和O2/CO2=32/68三種氧化性氣氛下，外在菱鐵礦產物發生熔融，磁鐵礦是唯一的

6、產物。外在菱鐵礦在氧化性氣氛下發生破碎，在O2/CO2=32/68氣氛下，礦物顆粒破碎最劇烈。在氧化性氣氛下，氧/燃料燃燒方式主要通過影響煤粉的燃燒作用于菱鐵礦的轉化。
　　采用添加菱鐵礦的合成焦模擬內在菱鐵礦，在沉降爐上進行燃燒實驗，研究內在菱鐵礦在氧/燃料燃燒條件下的轉化。在兩種還原性氣氛下，內在菱鐵礦產物成分與形貌具有較大差異。在O2/N2=7/93氣氛下，部分菱鐵礦產物依然被碳質包裹，產物主要為鐵單質。在O2/CO2=7/

7、93氣氛下，產物顆粒為表面粗糙的球形顆粒，方鐵礦為主要產物。在氧/燃料燃燒還原性條件下，CO2主要通過與煤焦的氣化反應改變內在菱鐵礦的存在形態，進而降低菱鐵礦周圍環境的還原性，分解生成的方鐵礦大部分被保持到實驗結束。在O2/N2=21/79、O2/CO2=21/79和O2/CO2=32/68三種氧化性氣氛下，內在菱鐵礦的轉化行為相似，產物顆粒均發生熔融，磁鐵礦和鐵的三價玻璃體化合物為主要產物，氧/燃料燃燒氣氛對菱鐵礦轉化行為的影響較小。

8、為了研究菱鐵礦與石英的交互作用，將菱鐵礦和石英按照摩爾比1:1加入合成焦，并將此合成焦在沉降爐內進行燃燒實驗。研究結果表明：隨著石英的添加，產物中鐵玻璃體化合物的含量增加。由于鐵玻璃體化合物較強的熔融特性，產物熔融加劇，顆粒表面更加光滑，不同氣氛下產物的差異減小。
　　將方解石與白云石在氧/燃料燃燒條件下進行沉降爐實驗，研究二者在氧/燃料燃燒條件下的轉化行為。研究表明：在氧/燃料燃燒條件下，方解石顆粒發生破碎，破碎程度隨著顆粒粒徑