浙江大学学报(工学版), 2020, 54(3): 623-630 doi: 10.3785/j.issn.1008-973X.2020.03.024

能源工程

添加剂对高碱煤灰渣流动特性及钠捕获效率的影响

周陈颖,, 周昊,, 邢裕健, 张佳凯, 周明熙

Effect of additives on flow characteristics and sodium capture efficiency of high alkali coal ash slag

ZHOU Chen-ying,, ZHOU Hao,, XING Yu-jian, ZHANG Jia-kai, ZHOU Ming-xi

通讯作者: 周昊,男,教授,博导. orcid.org/0000-0001-9779-7703. E-mail: zhouhao@cmee.zju.edu.cn

收稿日期: 2018-10-12  

Received: 2018-10-12  

作者简介 About authors

周陈颖(1993—),女,硕士生,从事高碱煤液态排渣炉内碱金属吸收研究.orcid.org/0000-0000-0000-0000.E-mail:18958088131@126.com , E-mail:18958088131@126.com

摘要

为了给液态排渣锅炉安全燃烧准东高碱煤提供理论依据,在水平管式炉上利用刚玉斜坡对添加不同质量分数 SiO2、CaO、Fe2O3和MgO的准东煤灰渣在空气气氛下的流动性能进行研究. 利用XRF技术对煤灰渣的钠质量分数进行分析,并通过钠捕获效率来表征煤灰渣的固钠效果. 研究表明:SiO2和Fe2O3能够促进准东煤灰熔融.当SiO2的质量分数为10% 时,煤灰渣由结晶渣逐渐转变为玻璃体渣,流动性能大大提高;而CaO和MgO则会抑制煤灰熔融,导致流动性能降低. 随着SiO2添加比例的增加,灰渣对钠的捕获效率逐渐升高,当SiO2的质量分数达10%时,钠捕获效率由原先的23%上升至30%;而随着Fe2O3添加比例的增加,钠捕获效率缓慢降低. 因此,当SiO2的质量分数为10%时即可有效改善煤灰渣的流动性能,又能提高钠的捕获效率.

关键词: 准东高碱煤 ; 高温灰渣 ; 添加剂 ; 流动特性 ; 钠捕获效率

Abstract

The flow characteristics of Zhundong coal ash slag with different mass percentages of SiO2, CaO, Fe2O3 and MgO in air atmosphere were investigated by using corundum slope in the horizontal tube furnace, in order to provide theoretical basis for the safe combustion of Zhundong high alkali coal in Slag-tap Boiler. The sodium content of coal ash slag was analyzed by XRF technology, and the sodium capture efficiency was used to characterize the sodium fixation effect of coal ash slag. Results show that SiO2 and Fe2O3 can promote the melting of Zhundong coal ash. When the mass fraction of SiO2 was 10%, the type of coal ash slag gradually changed from crystalline slag to vitreous slag, thus greatly improving the slag flow performance. Conversely, CaO and MgO can inhibit the melting of coal ash, resulting in degradation of flow properties. With the increase of SiO2 addition ratio, the sodium capture efficiency of slag increased gradually. When the addition ratio reached 10%, the sodium capture efficiency increased from 23% to 30%. On the contrary, the sodium capture efficiency decreased slowly with the increase of Fe2O3 addition ratio. Therefore, adding 10% SiO2 can effectively improve the fluidity of coal ash slag and the efficiency of sodium capture.

Keywords: Zhundong high alkali coal ; high temperature slag ; additives ; fluidity ; sodium capture efficiency

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本文引用格式

周陈颖, 周昊, 邢裕健, 张佳凯, 周明熙. 添加剂对高碱煤灰渣流动特性及钠捕获效率的影响. 浙江大学学报(工学版)[J], 2020, 54(3): 623-630 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2020.03.024

ZHOU Chen-ying, ZHOU Hao, XING Yu-jian, ZHANG Jia-kai, ZHOU Ming-xi. Effect of additives on flow characteristics and sodium capture efficiency of high alkali coal ash slag. Journal of Zhejiang University(Engineering Science)[J], 2020, 54(3): 623-630 doi:10.3785/j.issn.1008-973X.2020.03.024

我国当前正处于城市化、工业化阶段,需要大量能源作为支撑. 此外结合我国“多煤、贫油、少气”的资源现状,煤炭仍然是我国能源消费中的主要燃料. 新疆准东煤田是我国目前最大的整装煤田,煤炭资源储量预计达3 900亿吨,潜力巨大. 准东煤具有高挥发分和低灰分的煤质特性,燃烧性能良好;但是由于其碱金属含量高,易于结渣,无法保障锅炉安全高效地运行. 液态排渣锅炉燃烧技术是一种燃烧强度高、捕渣率高、烟气含尘量少的燃烧技术,克服了固态排渣锅炉燃用易结渣煤种时炉膛水冷壁结渣、受热面沾污/积灰/结渣严重等缺点,对于易结渣煤种尤为适宜. 因此,准东高碱煤适用于液态排渣锅炉燃烧技术.

液态排渣锅炉内煤灰渣的流动特性是影响液态排渣锅炉安全稳定运行的关键因素之一. 目前,主流的煤灰渣流动特性通过黏度进行表征,黏度越小熔渣越容易流动. 现阶段,灰渣黏度的测量方法主要以采用高温旋转黏度计为主[1-4]. 高温黏度计测量方法的理论依据比较充分,能客观、准确地反映出熔体的流体黏度,但成本较高,操作强度较大,自动化程度低,而且不能真实反映出熔体的流动特性.

高温下灰渣的流动特性主要与熔渣的黏度、密度、界面张力、缝隙宽度有关. 对于一般的高温熔渣来说,其密度、表面张力和润湿角波动甚微,而缝隙宽度为定值,故熔渣的流动长度主要与黏度有关. 熔渣流动长度一般是通过刚玉斜坡进行测量研究,李欣[5]使用流动长度法和高温黏度计分别测量表征了灰渣的黏度、流动特性,比较了流动长度和黏度之间的曲线,结果吻合较好. 程翼[6]提出了一种灰渣流动长度与黏度的关系式,但由于尚不完善,最后采用1 400 °C下流动长度和宽度作为流动性的表征,添加助熔剂后灰渣流动长度明显增加. 刘庆旺[7]通过灰渣在斜面上时的流动温度区间探究灰渣的流动特性. 灰渣的流动特性主要表现在流动长度上,因为流动宽度几乎没有变化,流动面积难以测量,故主要与长度有关[8]. 另外,李大骥[9]等人通过剪切应力与压应力表征了灰渣流动性,结果发现,同一预压应力和压应力下,由于颗粒温度升高剪切应力增大,灰渣的流动性变差. 武守防等[10]采用流动长度法研究发现,液态保护渣中有剩余碳、含钛钢中的Ti氧化生成TiO2进入保护渣,均会使得保护渣的流动性能恶化. Wu等[11]在倾斜角为25°的刚玉板上测量不同褐煤矿渣的流动性,结果表明,灰分碱度和灰分中的液体部分对炉渣流速的影响至关重要. Ji等[12]在倾斜角为25°的刚玉板上测量5种典型新疆褐煤灰及其与不同比例黏土的混合物的钠损失,研究表明,添加的黏土可以促进更稠密熔渣膜的形成,从而阻止钠蒸气向外扩散. 目前国内外学者主要研究了不同添加剂以及不同煤灰渣的流动特性,但是对其液渣固留碱金属效率的研究比较少. 此外,目前对碱金属捕获的研究主要集中在固态排渣炉中,在有效捕获碱金属的同时通过提高灰熔点来预防结渣[13]. 相反地,在液态排渣锅炉内,不仅需要对碱金属进行有效地固定,还需要其灰渣具有良好的流动性和熔融性,以确保锅炉安全稳定的运行.

本文主要研究4种不同添加剂(SiO2、CaO、Fe2O3和MgO)对准东高碱煤(来自五彩湾天池能源矿区)灰渣流动性的影响. 其中,SiO2属于酸性氧化物,质量分数不多时起助熔作用;而CaO、Fe2O3和MgO属于碱性氧化物,一般可作煤灰助熔剂[14]. 通过流动性实验,找到促进灰渣流动性的添加剂. 在此基础上,进行煤灰渣固钠效果的研究,找出既可促进灰渣排出,又可固定碱金属的合适添加剂及添加比例,为高碱煤液态排渣锅炉提供理论基础.

1. 实验部分

1.1. 实验煤种及添加剂

本文采用的煤种是准东高碱煤,实验前需要将其制成准东煤灰. 首先,使用磨煤机将煤研磨成粒径小于70 μm的煤粉. 然后,将研磨好的煤灰放入型号为SXC-12-16的可编程箱式电炉进行低温灰化. 为了防止灰化过程中准东煤里的碱金属盐(如NaCl等)大量挥发,采用美国生物质制灰标准ASTME1755-01,其中灰化的最高温度为550 °C,制灰总时间为12 h.

表1给出了准东煤的工业分析、元素分析和灰熔点测试数据. 可知,该准东煤挥发分质量分数较高,灰分质量分数较低,灰熔点低于一般煤种. 表2给出了准东煤灰的化学组成成分. 可知,准东煤灰中含有大量的钠和氯,其中Na2O的质量分数为7.60%,远远高于我国其他已知动力用煤灰中Na2O的质量分数(<1.5%)[15].

表 1   准东煤的工业分析、元素分析和灰熔点

Tab.1  Proximate analysis,ultimate analysis,and ash melting temperature of Zhundong coal

类别 名称 测试数据
工业分析(%) Mad 15.6
Vd 32.79
Ad 12.3
FCd 54.91
元素分析(%) C 64.07
H 3.58
N 0.65
S 0.18
O 19.22
灰熔点(°C) DT 1 174
ST 1 258
HT 1 263
FT 1 267

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表 2   准东煤灰的化学组成

Tab.2  Chemical composition of Zhundong coal ash

%
序号 名称 数据 序号 名称 数据
1 Na2O 7.60 7 Cl 10.72
2 MgO 2.90 8 K2O 0.33
3 Al2O3 14.50 9 CaO 27.46
4 SiO2 27.43 10 TiO2 0.87
5 P2O5 0.03 11 MnO 0.07
6 SO3 3.82 12 Fe2O3 4.26

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本研究所选的4种添加剂分别为分析纯SiO2、CaO、Fe2O3和MgO,添加比例分别为5%、10%和20%.

1.2. 实验装置及方法

1.2.1. 煤灰渣流动性实验

煤灰渣流动性实验系统的装置图如图1所示,该系统主要由水平管式电阻炉和斜坡两部分组成. 其中管式炉型号为YFK40*600/13Q-YC,用于提供高温环境;而斜坡采用耐高温纤维板制成,倾斜角度为25 °C,主要用于放置刚玉板和灰块. 如图2所示为煤灰渣流动性实验斜坡示意图. 整个实验过程中,需要将刚玉板(大小尺寸为30×60 mm)置于斜坡上,然后将灰块平稳放置在刚玉板顶部. 其中,灰块是由固定质量(1.4 g)的煤灰放入尺寸15 mm ×15 mm的方形模具中,并使用压片机在固定压力(1 MPa)下压制成型的,灰块厚度为5 mm. 对于添加剂混合灰样,首先需要将称好质量的添加剂与原始煤灰混合均匀(共1.4 g),再通过上述方法将其压成灰块.

图 1

图 1   煤灰渣流动性实验装置示意图

Fig.1   Sketch map of experimental device for fluidity of coal ash slag


图 2

图 2   煤灰渣流动性实验斜坡示意图

Fig.2   Sketch map of slope for fluidity experimental of coal ash slag


实验开始时,将管式炉加热至实验温度并保持恒温. 在空气气氛下,将制好的灰块平稳放置在倾斜角为25°的刚玉板顶部,并使用刚玉杆将其推入炉膛中部,待达到预定时间(15 min)后取出,并使用液氮淬冷. 为了选定合适的实验温度,进行1 200及1 300 °C下的预实验. 结果表明,2种工况下灰渣的流动长度类似,不同的是1 200 °C下灰块没有完全熔融,而1 300 °C条件下灰块发生了完全熔融. 由此,为了直观表现添加剂对煤灰渣熔融比例的影响,选择1 200 °C作为实验温度. 此外,为了避免实验的偶然性,研究过程中每个工况均进行2~3次实验,文中涉及的灰渣流动长度均为经多次实验得到的平均值.

1.2.2. 煤灰渣熔融特性及黏温特性测试

在流动性实验的基础上,进行灰渣熔融特性及黏温特性测量,为整个流动性实验提供理论基础. 首先,采用角锥法在5E-AFIII智能灰熔点测定仪上对煤灰样品在还原气氛下的熔融特性进行测量. 其次,采用RHEOTRONIC黏度计测量还原气氛下的灰渣黏度.

1.2.3. 煤灰渣固钠效果实验研究

由于灰渣紧紧黏附在刚玉板表面,无法取下分析,为了研究不同比例的添加剂对灰渣固钠的影响,使用刚玉坩埚装载灰样并放入1 200 °C的管式炉中央加热1 h,使其完全熔融成液态渣. 加热时间达到1 h之后将其取出,使用液氮淬冷. 将冷却后的灰渣研磨粉碎,利用X射线荧光光谱分析仪(型号PANalytical Axios)对灰渣进行碱金属质量分数分析.

2. 实验结果分析讨论

2.1. 煤灰渣流动性实验结果

图3所示为添加不同质量分数SiO2的准东煤灰渣样流动特性图. 其中,图3(a)为添加不同比例SiO2的准东煤灰渣流动图像对比;图3(b)为渣样流动长度随SiO2添加比例的变化图. 图中,ω为添加剂的质量分数,l为渣样流动长度.

图 3

图 3   添加不同质量分数SiO2的准东煤灰渣流动特性图

Fig.3   Fluidity of Zhundong coal ash slag with different mass fraction of SiO2


图3可知,实验温度下,纯准东煤灰部分熔融,灰渣流动长度为1.5 cm. 在添加了5%的SiO2后,煤灰发生完全熔融,流动长度增加到3.1 cm. 当SiO2质量分数增加到10%时,煤灰渣的流动长度略微下降至2.8 cm. 当SiO2质量分数达到20%,灰渣的流动长度降低到1.1 cm. 总之,随着SiO2质量分数的增加,灰渣流动长度先上升后下降,其中w (SiQ2)=5%均可有效提高灰渣流动性能.

图4所示为添加不同比例Fe2O3的准东煤灰渣流动特性图. 从图中可以看出,当w (Fe2O3)=5%时,煤灰完全熔融,且颜色偏黑,但是未能向下流动,灰渣流动长度仍为1.5 cm,流动性能未能改善. 待Fe2O3质量分数增加到10%时,煤灰渣铺满整个刚玉板,流动长度达到4.5 cm,流动性能大大提高. 当Fe2O3质量分数达到20%时,灰渣的流动长度降低到1.2 cm,流动性能再次变差. 因此,灰渣流动长度随Fe2O3质量分数的增加先上升后下降,其中w (Fe2O3)=10%的灰渣的流动性能最好.

图 4

图 4   添加不同质量分数Fe2O3的准东煤灰渣流动特性图

Fig.4   Fluidity of Zhundong coal ash slag with different mass fraction of Fe2O3


图5所示为添加不同比例MgO的准东煤灰渣流动特性图. 由图5可知,当w (MgO)=5%时,煤灰渣液体部分下降,液固比降低,流动长度降到1.2 cm,灰渣流动性能降低. 当w (MgO)=10%时,灰块没有发生熔融,流动长度降到0;与原灰块相比,体积有所收缩,只发生了烧结. 当w (MgO)=20%时,煤灰块与原灰块相比几乎没有发生什么变化,流动长度为0. 由此可见,随着MgO质量分数的增加,渣样流动长度下降,熔融比例也明显降低,流动性能没有得到改善.

图 5

图 5   添加不同质量分数MgO的准东煤灰渣流动特性图

Fig.5   Fluidity of Zhundong coal ash slag with different mass fraction of MgO


图6所示为添加不同质量分数CaO的准东煤灰渣流动特性图. 由图6可知,当w (CaO)=5%时,灰块仅仅发生了烧结,体积有所收缩,流动长度为0. 而且,随着CaO添加质量分数的增加,灰块烧结程度逐渐下降. 当w (CaO)=20%时,灰块与原煤灰块相比没有什么明显变化. 由此可知,CaO的添加不能改善流动性能.

图 6

图 6   添加不同质量分数CaO的准东煤灰渣流动特性图

Fig.6   Fluidity of Zhundong coal ash slag with different mass fractions of CaO


综合煤液渣流动性实验结果可知,在实验温度为1 200 °C时,w (SiO2)=5%,10%可以促进灰渣的熔融,提高灰渣液固比,使灰渣的流动性能变好. 此外,添加Fe2O3也可以促进灰渣的熔融,提高灰渣液固比,当w (Fe2O3)=10%时,灰渣的流动性能最好. 与之不同的是,添加CaO和MgO会降低灰渣的熔融相比例,从而降低灰渣流动性能.

2.2. 煤灰渣流动特性分析

煤灰渣流动特性主要由黏度决定,包括临界黏度温度(Tcv)和温度-黏度关系. 当温度高于液相温度线时,黏度主要与熔渣成分有关;当温度低于液相温度线时,黏度主要与熔融比例有关[4]. 根据流动性实验可知,添加一定比例的SiO2和Fe2O3可以促进煤灰渣流动. 为了进一步分析讨论SiO2和Fe2O3对煤灰渣流动特性的影响机制,对其熔融特性和黏温特性进行研究.

首先,采用角锥法来纯准东煤灰、添加不同SiO2和Fe2O3的煤灰样品进行灰熔点测试,测试结果如表3所示. 可以看出,SiO2和Fe2O3的加入使得变形温度θD、软化温度θS、半球温度θH和流动温度θF这4个特征温度都有所降低,而且随着添加质量分数的增加,上述温度逐渐降低. 在研究过程中,一般采用软化温度作为灰熔点,添加SiO2灰样的灰熔点均低于添加Fe2O3的灰样. 综上所述,添加SiO2和Fe2O3均可有效降低准东煤灰熔点,促进煤灰熔融,增加熔融比例. 其次,采用高温旋转黏度计对纯准东煤灰、10% SiO2和10% Fe2O3这3种灰渣样品进行灰渣黏温特性的分析. 黏温特性曲线是指熔渣黏度随温度变化的曲线,其中临界黏度温度是评价黏度的一个重要标准,代表了黏度曲线发生突变的参数[16].

表 3   不同添加剂下准东煤灰样的灰熔点测试

Tab.3  Ash fusion test of Zhundong coal ash samples with different additives

°C
样品 θD θS θH θF
纯煤灰 1 174 1 258 1 263 1 267
w (SiO2)=5% 1 170 1 179 1 185 1 196
w (SiO2)=10% 1 165 1 176 1 180 1 182
w (SiO2)=20% 1 164 1 169 1 173 1 178
w (Fe2O3)=5% 1 167 1 193 1 205 1 222
w (Fe2O3)=10% 1 154 1 186 1 198 1 211
w (Fe2O3)=20% 1 146 1 170 1 175 1 178

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图7所示为纯准东煤灰的黏温曲线. 图中,θ为测试过程中的温度,µ为煤灰黏度. 由图7可知,纯准东煤灰渣的黏温曲线较为光滑. 通过作图可知,该灰渣的临界黏度温度为1 140 °C. 黏度在此温度附近产生突变,该灰渣属于结晶型熔渣. 如图8所示为w (SiO2)=10%时的煤灰的黏温曲线. 当w (SiO2)=10%时,灰渣黏温特性曲线斜率变缓,没有明显的突变点,趋向于玻璃体渣. 通过作图可知,该灰渣的临界黏度温度为1 113 °C,较纯准东煤灰低了27 °C. 这主要是因为煤灰渣中的SiO2主要以非晶体存在,易与其他碱性氧化物形成玻璃态物质[17]. 如图9所示为w (Fe2O3)=10%的煤灰的黏温曲线. 当w (Fe2O3)=10%后,灰渣的黏度大幅降低. 此外,随着温度的变化,该灰渣的黏度没有产生突变,渣型属于玻璃体渣. 通过作图可知,该灰渣的临界黏度温度为1 098 °C,远低于纯准东煤灰. 这主要是因为在弱还原气氛下,Fe元素会以FeO的形式存在,可以和硅酸盐生成熔点很低的物质,从而降低灰渣黏度[18]. 当然,无论是在氧化性气氛还是还原性气氛中,Fe2O3均能够起到降低灰渣黏度的作用[8].

图 7

图 7   纯准东煤灰的黏温曲线

Fig.7   Viscosity-temperature curve of pure Zhundong coal ash


图 8

图 8   SiO2质量分数为10%时的煤灰黏温曲线

Fig.8   Viscosity-temperature curve of coal ash with mass fraction of SiO2 of 10%


图 9

图 9   w (Fe2O3)=10%时的煤灰黏温曲线

Fig.9   Viscosity-temperature curve of coal ash with mass fraction of Fe2O3 of 10%


综合黏温特性测试结果可知,纯准东煤灰、w (SiO2)=10%和w (Fe2O3)=10%这3种灰渣的临界黏度温度逐渐下降,煤灰渣也由结晶渣逐渐转变为玻璃体渣. 对应的流动性实验结果显示,上述3种灰渣的流动长度由长到短依次为w (Fe2O3)=10%,w (SiO2)=10%,纯准东煤灰,两者结果一致.

综上可知,在煤灰渣完全熔融之前,煤灰渣流动特性主要与熔融比例有关,SiO2和Fe2O3可以促进煤灰熔融;当煤灰渣完全熔融之后,煤灰渣流动特性主要与熔渣成分有关,SiO2和Fe2O3的存在使得煤灰渣类型向玻璃渣转变,排渣温度范围变宽,有利于顺利排渣[19].

2.3. 煤灰渣固钠效果研究

添加剂对钠的捕获效果可以用钠捕获效率来表征,钠捕获效率定义为灰渣中钠的质量与原煤灰中钠的质量的比值[20],如式1所示.

$ y = \frac{m({\rm{Na}})}{m({\rm{Na}}_0)} \times 100{\text{%}} . $

式中:灰渣中钠的质量为灰渣质量和灰渣中钠质量分数的乘积,原煤灰中钠的质量为原煤灰质量和原煤灰中钠质量分数的乘积.

根据煤灰渣流动性实验可知,w (SiO2)和w (Fe2O3)不超过10%可以促进煤灰渣的流动. 在此基础上,研究w (SiO2)和w (Fe2O3)为5%、10%时,对煤灰渣中钠固留效果的影响. 图10图11分别为添加不同质量分数的SiO2和Fe2O3的准东煤灰渣,均呈玻璃态. 由图可知,添加SiO2后煤灰渣的颜色特征基本没有改变,而添加了Fe2O3后,煤灰渣的颜色变成深红色.

图 10

图 10   添加不同质量分数SiO2的准东煤灰渣

Fig.10   Zhundong coal ash slag with different mass fractions of SiO2


图 11

图 11   添加不同质量分数Fe2O3的准东煤灰渣

Fig.11   Zhundong coal ash slag with different mass fractions of Fe2O3


为了获得不同添加剂灰渣中钠的质量分数,将上述灰渣粉碎进行XRF分析,分析结果如表4所示. 由表可知,准东煤灰样在高温下形成液态渣后,主要成分有SiO2(33.28%~44.15%)、CaO(22.69%~24.72%)、Al2O3(15.19%~18.06%)和Fe2O3(8.29%~21.74%). 根据表2可知,原煤灰中碱金属氧化物Na2O的质量分数为7.6%. 而通过表4可知,纯煤灰渣中钠的质量分数为1.88%,仅是原煤灰的1/4,这主要是由于高温下大部分的碱金属会以气态的形式进入气相中.

表 4   含有不同添加剂的灰渣的XRF分析

Tab.4  XRF analysis of coal slag with different additives

%
灰渣成分 纯煤灰 w (SiO2) w (Fe2O3)
5% 10% 5% 10%
Na2O 1.88 2.20 2.27 1.68 1.59
MgO 2.64 2.49 2.34 2.39 2.30
Al2O3 18.06 16.75 15.19 16.77 16.09
SiO2 37.90 42.71 44.15 34.32 33.28
P2O5 0.04 0.03 0.04 0.04 0.04
SO3 0.63 0.78 0.76 0.41 0.31
Cl 0.65 1.02 1.09 0.43 0.30
K2O 0.05 0.07 0.08 0.04 0.03
CaO 24.72 24.08 22.70 22.89 22.69
TiO2 0.85 0.85 0.77 0.80 0.78
Fe2O3 11.07 8.72 8.29 17.13 21.74

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通过式(1)可以分别计算出不同添加剂、不同添加比例下的钠捕获效率. 其中,纯准东煤灰的钠捕获效率为23.55%. 当w (SiO2)=5%、10%时,钠捕获效率依次提高到了28.80%和30.98%. 由此可知,SiO2有利于灰渣对钠的固定,且随着SiO2添加质量分数的增加,钠捕获效率不断升高. 这主要是因为灰渣中的SiO2以硅氧四面体[SiO4]的结构组元形成不规则的网络结构[21-22],捕获气态碱金属并将其固定在其中[23]. 随着Fe2O3添加质量分数的增加,钠捕获效率缓慢降低至22%. 综上所述,添加SiO2有利于灰渣对钠的固定,而添加Fe2O3则不利于灰渣对钠的固定.

3. 结 论

(1)煤灰渣流动性实验结果表明,当实验温度为1 200 °C时,SiO2和Fe2O3可以促进煤灰熔融,CaO和MgO则抑制了熔融. 其中,w (SiO2)=5%、10%以及w (Fe2O3)=10%均可进一步促进灰渣流动. 这主要是因为这3种质量分数的SiO2和Fe2O3一方面可以有效降低准东煤灰熔点,促进煤灰熔融;另一方面会使煤灰渣由结晶渣逐渐转变为玻璃体渣,从而有利于顺利排渣.

(2)煤灰渣固钠效果研究表明,随着SiO2添加质量分数的增加,灰渣对钠的捕获效率逐渐升高. 当添加质量分数达10%时,钠捕获效率由原先的23%上升至30%;而添加Fe2O3则不利于灰渣对钠的固定,钠捕获效率随Fe2O3添加质量分数的增加而缓慢降低.

(3)综上所述,对于SiO2、CaO、Fe2O3和MgO这4种添加剂而言,SiO2的质量分数为10%即能有效促进灰渣流动,又能提高钠的捕获效率.

参考文献

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