烟煤与玉米秸秆混烧灰熔融及黏温特性研究

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1、烟煤与玉米秸秆混烧灰熔融及黏温特性研究唐远程蒋绍坚黄靓云付国富中南大学能源科学与工程学院摘要：针对烟煤掺玉米秸秆不同比例制成的灰样，采用电子能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对其组分和矿物结晶相进行分析;并通过灰熔融性测定仪、高温黏度计对灰熔融特性和黏温特性进行探究。研究表明:掺混比低于50%时，随掺混比增加混烧灰组分无明显变化，白云母、二铝酸钙及钙长石衍射强度增强，石英衍射强度减弱，混烧灰熔点平缓下降;掺混比大于50%后，《0、50、MgO含量明显增加，A1A>Si02含量快速减少，白云母、二铝酸钙及钙长石衍射强

2、度持续增强,石英衍射强度逐渐消失，混烧灰熔点大幅下降。酸碱比曲线与ST、HT、FT曲线变化趋势相近，J曲线能较好的反映临界黏度温度曲线趋势。灰中K2O、Al203>Si()2等含量的变化引起灰熔点和灰黏度变化。关键词：烟煤;生物质能;玉米秸秆;掺混比;XRD;灰熔融特性;灰黏温特性;作者简介：唐远程(1990—),男，硕士研究生，主要从事生物质能方而研究。470113247@qq.com收稿日期:2017-04-14Received：2017-04-140引言生物质中含有较多的K、旳等元素IH，与煤混烧易形成低熔点化合物

3、，该类物质在窑炉受热面易造成积灰结渣、腐蚀等影响窑炉效率的问题宜。灰的熔点和灰的黏度是判断窑炉内是否可能积灰结渣、腐蚀的垂要参数。灰黏度太高影响设备排渣，灰黏度过低易造成受热面的侵蚀，缩短设备使用寿命。因此，煤与生物质混烧时的灰熔融特性和灰的黏温特性受到越来越多的关注。国内外许多学者都做了相关研究，如刘涛等研究了稻草、玉米秸秆、棉秆掺混量对鲍店煤灰熔融特性的影响;许洁等Ill对高钙山鑫煤灰黏温特性进行了分析；HsiehPY等国对煤气化炉灰分的临界粘度和灰熔融温度之间的相关性进行了探究;王人川等回对单种煤和多种煤混合燃烧进

4、行了研究，比较其灰熔融性和粘度的影响等。虽然许多学者做了相关研究，但窑炉设备在烟煤混烧玉米秸秆时，掺混比对设备的运行及结渣状况的影响可供参考的依据依旧不足。本研究根据灰组分、灰结晶相初步预测灰熔点和灰黏度的变化趋势，根据对烟煤混玉米秸秆不同掺混比例制成的灰样，采用电子能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）对其组分和矿物结晶相进行分析;并通过灰熔融性测定仪、高温黏度计阐述了灰熔融特性和黏温特性之间的联系，以期为实际牛产中烟煤与牛物质的混烧提供理论依据。1实验1.1原料与灰样制备实验以玉米秸秆、烟煤为原料，采用干法（空气干

5、燥基）元素分析和工业分析，如表1所示。表1中臨为空气干燥水分九为空气干燥灰分仏为空气干燥挥发分;FS为空气干燥固定碳;S为碳元素含量;血为氢元素含量;Oad为氧元素含量;心为氮元素含量;Sad为硫元素含量。与烟煤相比，玉米秸秆的氧含量和挥发分含量都比较高。制备灰样前对两种原料作如下预处理:将玉米秸秆和烟煤磨成粉末，粒径分别小于200um.100um;干燥箱内烘干，干燥温度为105°C,干燥时间为3ho表1玉米秸秆与烟煤元素分析和工业分析下载原表常用煤灰制备标准是GB/T212-200&该标准中选取煤灰制备的灰化时间为1h

6、,灰化温度为（815±10）°C。生物质的制灰标准可参照美国试验材料学会的ASTME870-82,该标准中的灰化吋间为3h,灰化温度为600°C。但目前还没有明确的生物质与煤混烧的制灰标准，制灰前本研究根据参考文献［7-9］对生物质与煤混烧的最佳制灰条件进行了探索。实验采用SRJX-4-13箱式马弗炉制备了灰样，灰样是玉米秸秆质量掺混比例分别为0%、15%、35%、50%、65%、85%、100%的7种燃料，在灰化时间为2.5h.灰化温度为800°C的条件下制得，用于考察玉米秸秆掺混比对混烧灰矿物质组分、灰熔点和黏温特性

7、的影响。1.2灰样分析煤与生物质混合燃烧时，燃烧灰组分之间会产生交互反应也1，不能据单一燃料的灰分特性来预测混烧灰分的特性。灰中主要成灰元素的氧化物主要有两类：酸性氧化物（Si。2、AI2O3等）和碱性氧化物（恥0、K2O、Ca0、Mg0等），两类氧化物的含量会影响混烧灰的熔融特性及黏温特性。1）灰化学成分分析。为确定混烧灰样的组分，实验通过美国FEI生产的GENESIS60S电子能谱仪（元素分析范围为Be4~U92,分辨率为1331eV）,对7种灰样进行了RDS分析。混烧灰样物相组成通过RigakuD/Max2500X

8、射线衍射仪分析确定（工作参数:X射线发生器功率18kW,额定电压60kV,稳定度土0.005%以内，检测方向与试样表面之间的夹角2（）的测量范围为-60°~158。）,实验主要为测定7种灰样物相，考察生物质掺混比对混烧灰样矿物质组分的影响。2）灰融点测定。生物质与煤的混烧灰是由各种矿物质组成的混合物，没有固定的熔点[