气流床气化炉熔渣激冷相变过程矿物质迁移、断裂和破碎机理研究

我国是煤炭生产和消耗大国，伴随着国民经济的快速发展，我国正面临着能源与环境问题的严峻挑战，气流床气化技术是煤的高效清洁利用关键技术之一。气流床气化炉通常采用液态排渣，工业装置运行情况表明，液态熔渣受激冷破碎后形成的渣粒或渣块的理化特征与气化炉操作状态密切相关，因此研究气流床气化炉液态熔渣在不同冷却方式下的矿物质迁移、渣块的断裂与破碎机理对进一步掌握气化炉排渣机理，实现气流床气化炉的长周期稳定运行具有重要意义。本项目主要研究熔融温度、几何尺度和冷却速率对渣中矿物质种类和分布形态、破碎后粒度分布等的影响，掌握渣池壁面沉积渣层受自身重力、壁面粘附力和热应力等共同影响导致的渣层开裂和临界脱落尺度变化规律，为气流床气化炉的工业优化操作提供理论依据。

我国贫油少气多煤的能源结构决定了在未来我国仍将以煤炭作为主要能源，因此大力发展洁净煤技术成为关键，其中气流床煤气化技术具有处理规模大、煤种适应性强和环境污染少等优点成为煤清洁利用的关键技术之一。气流床煤气化炉采用液态排渣方式，大部分液态熔渣遇水激冷后变成固态熔渣排出气化炉，工业装置运行表明，激冷破碎后形成的渣粒或渣块的理化特征与气化炉操作状态密切相关，因此研究气流床气化炉液态熔渣在不同冷却方式下的矿物质迁移、渣块的断裂与破碎机理对进一步掌握气化炉排渣机理对实现气流床气化炉的长周期稳定运行具有重要意义。.本项目研究了液态熔渣降温过程中析出晶体和相变后固态熔渣理化特性规律，主要包括以下几个方面：.(1) 研究了钙基助熔剂对高硅铝煤灰矿物质迁移的影响规律，发现煤灰中加入Ca2+可有效抑制生成莫来石，形成了以钙长石为主的低温矿物质，降低了煤灰全液相温度；.(2) 研究了典型化学成分液态熔渣降温过程中析出晶体对熔渣黏温特性的影响。发现析出晶体的形态和数量是影响液态熔渣黏温特性的两个重要因素，在一定范围内采用Krieger-Dougherty方程可较好表征液固两相熔渣的黏温特性；.(3) 研究了典型煤灰在降温过程中，降温速率、恒温温度和恒温时间等因素对液态熔渣冷却过程中析出晶体形态和组成以及固态熔渣矿物质组成和粒度分布等规律。发现较低的冷却速率、较低的恒温，更有利液态熔渣中晶体的析出，不同降温速率将影响富铁液态熔渣析出晶体的微观形态；自然冷却的固态熔渣颗粒长宽比值与其经历的温度符合指数关系，大尺度熔渣更易发生断裂、破碎行为；粒度较大熔渣中主要存在开放性孔，粒度较小熔渣中主要存在封闭性孔。 .(4) 初步研究了气化炉渣池壁面沉积渣层沉积及剥落规律，发现沉积在渣池壁面的固态渣层厚度达到某一临界值后，由于其与水冷壁管的粘附力小于渣层自身重力，或由于渣池内温度梯度过大造成固态渣层内部产生热应力引起渣层开裂，均能导致沉积在渣屏表面的米级厚度固态渣层脱落。.通过上述研究，进一步掌握冷却过程中液态熔渣析出晶体形态和矿物质的变迁机理，获得了相变后固态渣粒理化特性及沉积在壁面渣层开裂剥落的规律，为气流床气化炉排渣结构的优化设计提供了重要的理论依据。