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第 42 卷第 3 期 2014 年 3 月 燃摇料摇化摇学摇学摇报 Journal of Fuel Chemistry and Technology Vol. 42 No. 3 Mar. 2014 文章编号 : 0253 鄄 2409(2014)03 鄄 0316 鄄 07 准东煤中碱金属的赋存形式及其在燃烧过程中的迁移规律实验研究 刘摇敬, 王智化, 项飞鹏, 黄镇宇, 刘建忠, 周俊虎, 岑可法 ( 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室热能工程研究所, 浙江杭州摇 310027) 摘摇要 : 对新疆煤采用三步化学提取实验 ( 蒸馏水洗 醋酸铵洗 稀盐酸洗 ) 以分析其碱金属赋存特性, 对水溶的阴离子进行了离子色谱分析 分别检测了在不同温度 不同停留时间下准东煤灰的碱金属量, 并用 Factsage 软件模拟该煤灰中碱金属的析出形式 结果表明, 煤中的钠主要是水溶钠, 钾主要以不可溶钾存在, 水溶碱金属主要以水合离子形式的氯化物存在 准东煤中碱金属在 400 ~ 600 益析出最快, 主要是水溶态碱金属的释放, 碱金属的释放主要发生在燃烧后期 灰中碱金属在高温下会与烟气中的成分发生反应, 主要产物是氯化物以及氢氧化物 在 700 益钠对准东煤中低温共融物的形成有很大贡献 关键词 : 准东煤 ; 碱金属 ; 赋存 ; 迁移中图分类号 : TQ534 摇摇文献标识码 : A Modes of occurrence and transformation of alkali metals in Zhundong coal during combustion LIU Jing, WANG Zhi 鄄 hua, XIANG Fei 鄄 peng, HUANG Zhen 鄄 yu, LIU Jian 鄄 zhong, ZHOU Jun 鄄 hu, CEN Ke 鄄 fa ( State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Institute for Thermal Power Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 摇 310027, China) Abstract: The sequential chemical extraction ( three steps) was used to examine the modes of occurrence of alkali metals in four kinds of Xinjiang coals based on the solubility in distilled water, ammonium acetate and hydrochloric acid. The water 鄄 soluble anions were analysed by ion chromatography. The contents of alkali metals in the coal ash made at different temperatures and residence times were measured respectively, and the release forms of alkali metals from coal ash were also simulated by Factsage. Results show that the most of sodium in coal is the water 鄄 soluble one and the potassium only exists in the insoluble form. Water 鄄 soluble alkali metals may exist in the form of hydrated ion of chloride. The release of alkali metals from coal is the fastest during 400 ~ 600 益,which are mostly water 鄄 soluble alkali metals; and the release of alkali metals mostly occurs at the later stage of combustion. Alkali metals in ash would react with the components of flue gas at high temperature, which produces chloride and hydroxide. It can be inferred that the sodium makes a great contribution to the formation of low temperature eutectoid at 700 益. Key words: Zhundong coal; alkali metal; occurrence; transport 摇摇近年来, 新疆地区陆续发现巨大煤田, 哈密大南湖地区煤炭储量约为 7. 2 伊 10 9 t, 淖毛湖东部为 6. 8 伊 10 9 t, 沙尔湖为 2. 3 伊 10 10 t, 其中, 准东煤田是中国乃至世界上最大的整装煤田, 预测煤炭储量 3. 9 伊 10 11 t 研究发现, 准东煤中碱金属含量明显偏高 [1] 而煤中的碱金属容易导致电厂出现结渣 黏污 积灰和腐蚀, 严重影响锅炉的正常运行 [2] 在燃用准东煤的电厂中都出现了炉内尾部受热面严重的黏污 积灰 堵塞问题 [1], 甚至影响到锅炉的正常安全运行 因此, 对新疆煤特别是准东煤这种典型高钠煤中碱金属的赋存及析出形态展开研究, 对于新疆煤的大规模开发利用, 具有重要意义 通常认为, 水能萃取以盐和水合离子存在的碱 金属, 稀盐酸能溶解除硅酸铝盐以外的碱金属, 这些 [3] 称为可溶碱金属 Benson 等认为, 醋酸铵能够萃 取水溶碱金属以及以羧酸盐形式存在于煤中的有机 碱金属 而以配位形式存在于含氧或氮官能团上的 [4 ~ 6] 碱金属则可用稀盐酸萃取 Zhang 等曾采用 水 醋酸铵 稀盐酸和氢氟酸研究了烟煤及无烟煤中 钾 钠随煤阶及粒径的变化规律, 分析了碱金属在燃 [7] 烧初期的行为 余春江等采用水 醋酸铵 稀盐 酸分馏法分析了稻杆中碱金属的分布, 并探究了热 解条件下碱金属的转化析出过程, 结果表明, 水溶的 钾和钠是生物质中钾和钠热解析出的主体, 生物质 摇收稿日期 : 2013 鄄 09 鄄 03; 修回日期 : 2013 鄄 11 鄄 25 摇基金项目 : 国家重点基础研究发展规划 (973 计划, 2012CB214906) 摇联系作者 : 王智化 (1977 鄄 ), 男, 教授, 主要从事煤粉高效低污染燃烧 多种污染物一体化协同脱除等, E 鄄 mail: wangzh@ zju. edu. cn

第 3 期刘摇敬等 : 准东煤中碱金属的赋存形式及其在燃烧过程中的迁移规律实验研究 317 摇 中的碱金属在热解反应中与热解后焦炭在高温下的 [8] 灼烧过程的转化机理有所不同 卫小芳等通过 化学萃取, 认为澳大利亚高盐煤中的钠大部分以水 溶态的 NaCl 的形式存在 [9] Oleschko 等利用高压质谱分析仪在线检测了 六种无烟煤在温度 800 ~ 1 200 益的高压燃烧条件 下碱金属释放情况, 检测气相碱金属主要为 NaCl KCl 及, 并用 Factsage 软件模拟碱金属气相 [10] 成分并与实验结果对比 Glazer 等采用准分子 激光诱导荧光法 ( ELIF) 检测煤与生物质混燃时碱 金属释放过程, 结果显示, 燃料中 K / Cl 及 K / Si 比 例对燃烧过程中气相碱金属的释放有重要影响, 并 [11] 建立化学平衡模型阐释实验结果 Liao 等研究 了稻杆燃烧过程中钾的迁移行为, 认为在燃烧初期 部分钾会随着挥发分一起释放, 而在 500 益以上, 更 [12] 多的无机钾会释放到气相中 Blasing 等利用分 子束质谱仪定性及半定量地检测了褐煤在燃烧及气 化条件下碱金属释放规律, 结果表明,NaCl 的释放 与煤中 S / Cl 比例及煤中 Al 和 Si 的总量呈负相关 [13] Jaffri 等用 Factsage 软件预测了高温高压条件下 烟煤 无烟煤以及生物质气化过程中 K Na Cl S 的 释放过程, 认为在高温高压气化条件下 NaCl KCl 会大量释放, 但相对于燃烧环境,KCl 释放量更大, [14] 而 NaCl 释放量更小 Takuwa 等用 Chemkin 软 件模拟了含钠气相在燃烧过程中不考虑 HCl 以及 [15] SO 2 影响时的变化规律 Porbatzki 等利用 Factsage 软件模拟了四种生物质在气化过程中碱金 属 氯 硫及重金属的释放过程, 研究发现,HCl KCl 和 H 2 S 的释放与样品中其他无机成分如 Si 和 Ca 关 [16] 系密切 杨光等用 Factsage 软件模拟了稻杆在 燃烧过程中钾的迁移规律, 认为 KCl 是主要的碱金 属气相成分, 在富氧条件下有利于减弱中温段 ( 低 于 750 益 ) 碱金属气相的生成 实验主要针对准东煤等新疆煤中的碱金属赋存 形态及在高温下的释放迁移规律展开实验和理论研 究, 为准东煤等新疆煤的大规模利用提供理论基础 1 摇实验部分 1. 1 摇碱金属的赋存形态分析方法 实验选取准东煤 大南湖 沙尔湖及淖毛湖煤, 煤样粒径为 60 ~ 120 目, 煤质分析见表 1 和表 2 [4] 实验采用的三步化学提取实验的操作步骤如下 : 取 1 g 空气干燥基煤样, 加蒸馏水至 120 ml,60 益 的恒温水浴中恒温 24 h 以上, 过滤并将滤液稀释至 100 ml 对残留固体, 采用 1 mol / L 的醋酸铵 1 mol / L 的稀盐酸重复上述操作 将最终的残留物 干燥后用王水消解, 将所得消解液以及滤液用美国 Thermo Fisher 公司的 ICAP 6000 Series 电感耦合等 离子体发射光谱仪 (ICP 鄄 OES) 分析 并采用瑞士万 通 883 型离子色谱仪分析水溶滤液中阴离子成分 Table 1 摇 表 1 摇煤的工业分析和元素分析 Proximate analysis and ultimate analysis of coals Proximate analysis w / % Ultimate analysis w ad / % M ad A ad V ad FC ad M ar C H N S O Zhundong 10. 68 3. 84 27. 30 57. 31 24. 94 66. 68 3. 08 1. 05 0. 37 13. 43 Dananhu 8. 33 20. 55 32. 52 38. 60 24. 84 50. 85 3. 93 0. 64 0. 35 15. 35 Shaerhu 9. 39 13. 32 30. 59 46. 70 20. 33 55. 13 2. 98 0. 52 0. 14 18. 52 Zhuomaohu 10. 35 3. 65 42. 67 43. 33 14. 47 63. 73 4. 27 0. 80 0. 09 17. 11 表 2 摇 煤的灰成分分析 Table 2 摇 Ash composition of coals Ash composition w / % SiO 2 Al 2 CaO MgO Fe 2 O K 2 O S Zhundong 10. 79 9. 62 36. 83 9. 21 3. 95 3. 42 0. 41 24. 74 Dananhu 50. 85 20. 11 5. 33 6. 30 8. 36 2. 88 1. 58 4. 95 Shaerhu 41. 50 17. 90 17. 20 6. 10 7. 48 5. 21 0. 70 3. 91 Zhuomaohu 18. 27 11. 14 45. 36 1. 72 10. 74 2. 98 0. 50 9. 29 1. 2 摇碱金属释放规律实验方法 分别选取 0. 5 g 空气干燥基的准东煤平铺于三 个瓷舟底部, 置入合肥科晶材料技术有限公司的管 式气氛炉 (GSL 鄄 1600X) 中, 持续通入 0. 5 L / min 空

摇 318 燃摇料摇化摇学摇学摇报第 42 卷 气并以 5 益 / min 升温, 终温分别为 400 600 800 和 1 000 益, 停留时间为 2 h 对灼烧之后的灰样消解, 然后进行 ICP 鄄 OES 分析 对不同停留时间下的释放规律, 分别选取 0. 5 g 干燥基准东煤, 薄薄平铺于若干瓷舟上, 置于马弗炉中, 在 (850 依 25) 益的温度下快速灼烧 1 2 3 和 5 min, 对灼烧后的残留物消解, 进行 ICP 鄄 OES 分析 1. 3 摇 Factsage 模拟碱金属析出形式实验采用化学热力学软件 Factsage 5. 2 针对高温下碱金属可能的析出形式进行模拟计算 为了模拟真实炉膛内部环境, 计算的温度为 500 ~ 1 800 益, 温度步长为 100 益, 压力常压 计算中考虑过量空气系数分别为 1. 2 和 0. 8 的氧化性气氛和 还原性气氛 以 10 000 g 灰样为基准, 计算出不同气氛下所需空气量, 然后在化学热力学平衡模型 Equilib 输入原始成分, 具体见表 3, 采用表 1 和表 2 中准东煤元素分析及灰成分分析中的数据, 煤中氯的检测采用 GB / T 3558 1996 [17] 方法得出, 并在 Compound species 中选择数据库理想气态 ( g) ( 去除气态单质 K Na) 固态(s), 考虑到可能会引起聚团及结渣的低温共熔物, 选择了包含 O K 2 O MgO SiO 2 CaO Al 2 MgS CaS S K 2 S K 2 Ca Mg NaCl KCl CaCl 2 MgCl 2 等无机盐的熔融数据库 ( slagd), 最后采用 Normal 算法计算 表 3 摇 Factsage 中输入各元素的物质的量 Table 3 摇 Mole number of each element input into Factsage Element O N C H S Cl Si m / mol 39 176. 76 a 148 158. 90 b 14 470. 49 8 020. 83 30. 11 15. 66 17. 98 26 846. 46 a 98 837. 67 b Element Ca Na K Mg Al Fe m / mol 65. 77 11. 03 0. 87 23. 03 18. 86 4. 94 摇 摇 a: oxidizing atmosphere; b: reducing atmosphere 2 摇结果与讨论 2. 1 摇碱金属的赋存形式碱金属的赋存形态实验结果见表 4, 由表 4 可知, 煤中的钠主要以水溶钠形态存在, 但淖毛湖煤中水溶钠所占比例较低 对于有机钠, 大部分是以醋酸铵溶钠的形式存在, 说明煤中有机钠主要以羧酸盐的形态存在 在高温下不易挥发的以硅酸铝盐形 式存在的不可溶钠含量较低, 在高温段下相对易挥发的水溶钠及有机钠的含量较高, 初步判断高温下钠的挥发量会较大 成煤植物中的钠来自于土壤中的无机钠, 在植物中主要转化为水溶钠 不同煤之间钠总量有差异, 这与该地区煤在原始植物 成煤环境以及地质环境上存在差异有关 在燃烧过程中应重点关注水溶钠以及不可溶钠的变化规律 摇 表 4 摇 煤中不同形态碱金属的含量 Table 4 摇 Contents of different kinds of sodium in coals Alkali metal Content w / ( 滋 g g -1 ) water soluble ammonium acetate soluble hydrochloric acid soluble insoluble total Zhundong K 89(29) 25(8) 16(5) 180(58) 310 Na 1 995(61) 362(11) 131(4) 773(24) 3 261 Dananhu K 29(1) 58(2) 174(6) 2 653(91) 2 915 Na 1 888(53) 1 126(32) 127(3) 417(12) 3 558 Shaerhu K 67(14) 17(3) 46(10) 349(73) 479 Na 5 914(72) 370(5) 175(2) 1 753(21) 8 211 Zhuomaohu K 18(7) 12(5) 16(6) 217(82) 264 Na 885(38) 138(6) 297(13) 993(43) 2 313 amount in the bracket is the percentage of each corresponding alkali metal 摇摇煤中的钾主要是以硅酸铝盐形式存在的不可溶 钾, 硅酸铝盐在高温下不易挥发, 由此推测钾在高温 下将很少挥发 大南湖中不可溶钾含量非常高, 这 与灰成分中氧化钾的高含量相对应 对于有机钾, 以配位形式存在于含氧或含氮官能团上的稀盐酸溶 钾偏多 相对于钠在不同煤中的含量, 钾的含量总

第 3 期刘摇敬等 : 准东煤中碱金属的赋存形式及其在燃烧过程中的迁移规律实验研究 319 摇 体较低 考虑到碱金属化学性质类似, 在燃煤沾污问题中, 应主要探究钠的变化 对于钾, 应重点关注不可溶钾在燃烧过程中的变化规律 煤的水溶滤液中阴离子含量见表 5, 由表 5 可知, 氯离子是主要的阴离子, 此外, 准东煤的水溶滤液比较特殊, 硫酸根含量较高为 3 806 滋 g / g, 氯离子含量较低为 500 滋 g / g 水溶氯与水溶钠有一定的 正比关系, 说明水溶钠在煤中主要以氯化钠的形式 存在, 表 6 为煤中水溶钠与水溶氯之间的关系, 由表 6 可以看出, 其物质的量比波动较大, 说明氯化钠在 煤中很可能是以水合离子的形式存在, 而非氯化钠 [6] 晶体, 这与汉春利等结果一致 但在准东煤中, 水溶钠可能主要以硫酸钠水合离子的形式存在 表 5 摇煤中水溶的阴离子含量 Table 5 摇 Contents of water 鄄 soluble anions in coals Content w / ( 滋 g g -1 ) Cl - NO - 2 NO - 3 SO 2-4 Zhundong 500 0 330 3 806 Dananhu 1 406 0 48 0 Shaerhu 17 260 108 290 0 Zhuomaohu 530 28 99 259 表 6 摇 煤中水溶钠与水溶氯的关系 Table 6 摇 Analyses of water 鄄 soluble sodium and chlorine in coals Content w / ( 滋 g g -1 ) Na Cl Na 颐 Cl(mol ratio) Zhundong 1 995 500 6. 16 Dananhu 1 888 1 406 2. 07 Shaerhu 5 914 17 260 0. 53 Zhuomaohu 885 530 2. 58 2. 2 摇碱金属在燃烧过程中的释放规律 碱金属在不同温度条件下的释放规律见图 1 图 1 摇不同温度下灰中碱金属含量 Figure 1 摇 Contents of alkali metals of ash at different temperatures 摇摇由图 1 可知, 准东煤中的钠主要在 800 益之前 析出, 钾主要在 600 益之前析出,600 益后随温度升 高, 曲线趋于平缓 在 400 ~ 600 益碱金属析出最 快 由于水溶钠的含量较高以及不可溶钠不易析 出, 推测在 1 000 益之前钠主要是水溶钠及有机钠的 析出, 以硅酸铝盐形式存在的不可溶钠可能有少量 析出, 但最后残留的主要是不可溶钠 Raask [18] 认 为, 水溶钠在煤颗粒加热脱水过程中会被带至颗粒 表面并以 NaCl 的形式释放出来, 考虑准东煤的高 水分, 以 NaCl 晶体及以水合形式存在的无机钠均 会更多地被水带至颗粒表面, 从而增加钠释放的可 能性 对于有机态钠, 以钠原子的形式从煤中释 放 [19] 钾也有一定的挥发, 这表明少量钾从硅酸铝 盐中挥发出来,Raask 等 [18], 挥发钠有 50% 被硅酸 盐颗粒吸收, 置换出同量的钾, 由此, 有以下反应 : mk 2 O xsio 2 yal 2 ( s) + 2NaCl ( g) 寅 ( m - 1) K 2 O O xsio 2 yal 2 (s) +2KCl(g) (1) [20] Stinepring 等认为, 钾在燃烧过程中存在离 析, 即钾从硅酸铝盐内部向颗粒表面扩散, 导致钾从 硅酸铝盐表面的气化 另外, 氯对钾的释放也有很 大影响 [2] 850 益时, 不同停留时间条件下的析出 特性见图 2 由图 2 可知, 将干燥基态的煤样置于 (850 依 25) 益的温度下快速燃烧, 发现碱金属在 1. 0 min 内基本不变, 在 1. 0 ~ 2. 0 min 阶段大量析 出,2. 0 min 之后趋于稳定 碱金属含量在燃烧初期 [4] 变化不大, 这与 Zhang 等的结果一致 在燃烧前

摇 320 燃摇料摇化摇学摇学摇报第 42 卷 期碱金属总量稳定, 存在着不同形态的碱金属之间 [4] 的转化,Zhang 等认为, 主要是水溶碱金属向盐酸 溶碱金属的转化, 而碱金属大量释放过程存在于燃 烧后期 在快速燃烧过程中, 大量的以水合离子形 式存在的水溶碱金属转化成盐酸溶碱金属然后挥 发, 以氯化物的形式释放, 最后煤灰中残留的主要是 硅酸铝盐形态的碱金属 图 2 摇 (850 依 25) 益不同停留时间下灰中碱金属含量 Figure 2 摇 Contents of alkali metals of ash of different residence time at (850 依 25) 益 2. 3 摇碱金属析出形式模拟 图 3 为不同温度下含 Na 物相的变化, 横坐标 为温度, 纵坐标为碱金属物相中该成分的物质的量 分数 由图 3 可知, Na 在 7 0 0 益前主要是以固相 NaCl( s) 的形式存在, 随着温度的升高, 固相 NaCl 主要向气相 NaCl( g) 及熔融态 O( slagd) 转化, 在 700 ~ 1 100 益的氧化气氛中, O( slagd) 维持在 20% 左右 ; 还原条件下熔融态 O(slagd) 更容易产生, 在 700 益时熔融态 O( slagd) 含量达到最大值接近 50%, 而大量的熔融态 O 与其他熔融态物质易发生低温共融现象 [2] 图 4 为不同温度下熔融液渣中各组分的变化, 横坐标为温度, 纵坐标为该元素所有物相中该种组分的物质的量分数 由图 4 可以看出, 在 1 200 益前主要的熔融液相物质是 Al 2 (slagd) O(slagd) CaO(slagd) 以及 MgO( slagd), 其中,Al 2 ( slagd) 大量熔融, 而 O ( slagd ) 在 700 益后有减少的趋势, MgO (slagd) 含量随温度升高而增加, CaO ( slagd) 在 1 000 益前基本没变化, 判断在低温区造成准东煤灰易积灰的原因是因为 Al 2 ( slagd) O( slagd) CaO(slagd) 及 MgO ( slagd) 之间形成了低温共熔物 [2], 在 700 益时较多的熔融态 O( slagd) 促进了低温共熔物的形成 对比不同气氛发现, 在还原气氛 1 000 益以下, CaO(slagd) 生成量更多, 更容易导致低温共熔物形成 [2] ; 氧化气氛下 900 益前 (slagd) 有少量形成, 会与其他熔融物形成低温共熔 [2] 在 1 200 益以上, O(slagd) 对熔融液渣的贡献较小, Al 2 (slagd) SiO 2 ( slagd ) CaO (slagd) MgO(slagd) 大量熔融并成为主要的液相 图 3 摇不同温度下含钠成分的变化 Figure 3 摇 Transformation of components containing sodium at different temperatures ( a): oxidizing atmosphere; ( b): reducing atmosphere (a): 阴 : NaCl(s); 荫 : NaCl(g); 吟 : O(slagd); 荦 : (slagd); 荨 : (NaCl) 2 (g); 荩 : NaOH(g) (b): 姻 : NaCl(s); 茵 : NaCl(g); 银 : O(slagd); 茛 : (NaCl) 2 (g); 茳 : NaOH(g) 摇摇图 3 中 ( NaCl) 2 ( g) 在 700 ~ 900 益有较少出 现, 并随温度升高逐渐分解为 NaCl(g) 1 000 益以 上 NaCl(g) 大量生成, 并在 1 300 益左右达到峰值, 随后含量逐渐减少, 高温时 NaCl( g) 主要向 NaOH (g) 转化 碱金属气相主要以氯化物的形式存在, 而硫酸盐形式的气相碱金属基本没有, 这与准东煤

第 3 期刘摇敬等 : 准东煤中碱金属的赋存形式及其在燃烧过程中的迁移规律实验研究 321 摇 [21] 中氯偏高 硫分少的特性有关,Yang 等认为, 在 700 益以上碱金属气相主要为氯化物, 氯的增加将 有利于碱金属的挥发 灰中碱金属会与烟气中的 HCl(g) 反应生成碱金属氯化物, 反应如下 : Na(K) 2 O(s) +2HCl(g) 寅 2Na(K)Cl(g) +H 2 O(g) (2) 在 1 500 益以上 NaCl(g) NaOH(g) 成为了主要产物, 这是由于高温下碱金属的氯化物在水蒸气的参与下, 形成了大量的氢氧化物气相 Na(K)Cl(g) +H 2 O(g) 寅 HCl(g) +Na(K)OH(g) (3) 图 4 摇不同温度下液渣中各组分的变化 Figure 4 摇 Transformation of components in slag at different temperatures ( a): oxidizing atmosphere; ( b): reducing atmosphere (a): 姻 : Al 2 (slagd); 茵 : CaO(slagd); 银 : MgO(slagd); 荦 : O(slagd); 荨 : (slagd); 荥 : SiO 2 (slagd) (b): 姻 : Al 2 (slagd); 茵 : CaO(slagd); 银 : MgO(slagd); 荦 : O(slagd); 茳 : SiO 2 (slagd) 摇摇图 5 为不同温度下含 K 物相的变化, 由图 5 可知,K 在 600 益前主要以 KCl( s) 形式存在, 随着温度升高固相的 KCl( s) 转化为气相的 ( KCl) 2 ( g) 及 KCl( g), 随后, ( KCl) 2 ( g) 即分解为 KCl ( g), 在 800 益以上,K 绝大部分挥发, 并以 KCl( g) 的形式 存在 在 1 300 益以上 KCl ( g) 部分转化为 KOH (g) 这里在模拟结果的讨论中只是考虑了灰中碱金属析出特性, 忽略了在燃烧前期水溶性及有机碱金属的析出规律 Figure 5 摇 图 5 摇不同温度下含钾成分的变化 Transformation of components containing potassium at different temperatures ( a): oxidizing atmosphere; ( b): reducing atmosphere (a): 阴 : KCl(s); 荫 : KCl(g); 银 : (KCl) 2 (g); 荦 : KOH(g) 摇摇综合对比图 1 中 1 000 益前灰中碱金属残留实 验结果及图 3( a) 及图 5( a) 碱金属释放模拟结果, 判断实验中 1 000 益前释放的碱金属气相可能主要 [9] 为气相 NaCl( g) 及 KCl( g),oleschko 等的结果 显示, 燃烧时碱金属析出气相包含 ( g), 考 虑到如表 5 所示准东煤中硫酸根离子较多, 在准东

摇 322 燃摇料摇化摇学摇学摇报第 42 卷 煤燃烧过程中钠很可能同时以 ( g) 形式 析出 3 摇结摇论 通过对新疆煤的萃取分析得出, 煤中的钠主要 以水溶态存在, 钾主要以不可溶态存在 水溶态碱 金属主要以水合离子形式存在的氯化物, 准东煤的 水溶滤液中碱金属主要以硫酸盐的形式存在 准东煤中碱金属在 400 ~ 600 益释放最快, 而钠 主要在 800 益之前析出, 主要是高水分准东煤中的 水溶钠被煤中水分带至表面而促进钠的析出 ; 钾主 要在 600 益前析出, 少量不可溶钾释放因为氯化钠 的置换反应以及钾的离析导致 在 (850 依 25) 益的 环境下, 煤中的碱金属在燃烧前期总量基本不变, 主 要为水溶碱金属向盐酸溶碱金属的转化, 在燃烧后 1. 0 ~ 2. 0 min 碱金属大量析出 通过 Factsage 软件模拟发现, 碱金属气相主要 以氯化物形式存在, 在 700 益时熔融 O( slagd) 形成较多, 促进低温共熔物形成, 导致准东煤灰易积 灰 高温时, 烟气中的 H 2 O(g) 及 HCl(g) 会与灰中 碱金属反应产生大量氢氧化物及氯化物 不同气氛 对碱金属气相成分也有一定的影响 参考文献 [1] 摇 杨忠灿, 刘家利, 何红光. 新疆准东煤特性研究及其锅炉选型 [J]. 热力发电, 2010, 39(8): 38 鄄 40. (YANG Zhong 鄄 can, LIU Jia 鄄 li, HE Hong 鄄 guang. Study on properties of Zhundong coal in Xinjiang region and type 鄄 selection for boilers burning this coal sort[j]. Thermal Power Generation, 2010, 39(8): 38 鄄 40. ) [2] 摇 岑可法. 锅炉和热交换器的积灰 结渣 磨损和腐蚀的防止原理与计算 [M]. 北京 : 科学出版社, 1994: 15 鄄 33. ( CEN Ke 鄄 fa. 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