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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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粉煤气化细灰微观结构及表面特性试验研究

作者(Author):

  • 张燕
  • 乐恺
  • 于卓艺
  • 张欣茹
  • 张欣欣

作者单位:

  • 北京科技大学 能源与环境工程学院
  • 北京航天迈未科技有限公司

关键词:

  • 粉煤气化
  • 细灰
  • 微观结构
  • 表面能
  • 毛细渗透法
  • 摘要
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粉煤加压气化技术合成气热量回收装置内的积灰使其换热效率大幅降低,如何避免或减少积灰是该技术研发的关键。为分析不同粉煤气化工艺中热量回收装置内的积灰问题,选取2种典型粉煤气化工艺产生的细灰,即来源于上行气激冷工艺的细灰A和来源于下行水激冷工艺的细灰B,对其微观结构及表面特性进行了试验研究,分析了2种细灰的黏附特性,探究了2种细灰差异的主要原因。采用激光粒度分析仪测量了细灰的粒径分布,采用扫描电镜观测细灰的微观形貌,并根据能谱分析测定细灰表面的元素含量,采用毛细渗透法测得了2种细灰的超纯水接触角,并根据Neumann状态方程计算得到细灰的表面能。结果表明,细灰A的颗粒呈规则球形,体积分数累积分布最大的颗粒直径dd为1.2 μm,表面不含碳元素;而细灰B大部分为结构疏松的不规则大颗粒(dd为45 μm),表面含碳量高;细灰A和细灰B的超纯水接触角分别为39.69°,79.06°,表面能分别为56.77和26.85 mJ/m2,细灰B的表面能显著低于细灰A;基于黏附功及临界黏附力的分析发现,在热回收装置中以范德华力为主要黏附作用力的区域,细灰A将比细灰B更容易黏附,且难以靠重力或机械振打清除。结合气化工艺过程的分析认为,造成2种细灰差异的主要原因是气化工艺中细灰和粗渣分离方式的不同,上行气激冷工艺中决定分离的主要作用是气化室内的旋流作用,而下行水激冷工艺中则是激冷室内的水浴分离作用;热回收装置内的积灰除考虑细灰本身的特性外,还需考虑工艺条件对于细灰量的影响。表面能测量方法降低了堆积状态差异造成的试验结果偏差,可作为粉煤气化细灰表面能的定量分析方法。

张燕,乐恺,于卓艺,等.粉煤气化细灰微观结构及表面特性试验研究[J].煤炭学报,2021,46(8):2681-2689. ZHANG Yan,YUE Kai,YU Zhuoyi,et al.Experimental study on microstructure and surface characteristics of fine ash generated in pulverized coal gasification[J].Journal of China Coal Society,2021,46(8):2681-2689.
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