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粉煤灰中未燃组分及其存在形态的研究

2013-07-13 01:01

　　［摘要］本文主要针对煤灰中的未燃物，从未燃物的元素组成、未燃物含量的测量及分选、未燃物的显微形态结构特征、未燃物的形成原因、影响未燃物含量的因素及减少措施等方面介绍了目前国内外研究现状,并指出了今后的研究方向。为进一步优化炉内燃烧工况，燃烧器改造提供理论依据，并对提高粉煤灰的综合利用，提高电厂性，加强保护具有重要意义。

　　［关键字］粉煤灰 未燃组分 测定方法 分选 显微结构 难燃组分 影响因素 减小措施
　　
　　 引言
　　
　　 粉煤灰是火力发电厂煤粉燃烧后排放的粉状灰粒,它是我国主要的固体废弃物之一,2000年粉煤灰的排放量达到1.6亿吨,总积灰量将达到12亿m3以上,待处理,而制约粉煤灰大规模综合利用的重要原因之一,就是粉煤灰含炭量过高,据有关文献介绍,粉煤灰含炭量超过12%的火力发电厂占全国电厂的30%,含炭量超过8%的火力发电厂占40%。我国大中型电厂每年约有6000万吨残炭遗留在飞灰中,含炭量过高的粉煤灰不能被很好的利用，还要增加贮存费用，降低了电厂的经济性，这不仅浪费能源，而且严重污染环境。因此对未燃组分及其存在形态的研究就显得极为重要，它对进一步优化炉内燃烧工况，指导燃烧器改造提供理论依据，并对提高粉煤灰的综合利用，提高电厂经济性，加强环境保护具有重要意义。
　　
　　 一、测定及分选方法的研究
　　
　　 可燃物就是可以燃烧的部分，因而其成分应该和煤的可燃成分一致，即可燃的碳、氢、氮、硫等元素；其不可燃部分为灰分、水分和氧元素。
　　 1．飞灰和炉渣可燃物的测定方法：根据飞灰和炉渣的组成可以确定其可燃物测定方法有两种：(1)直接测定法（direct determine method）：直接测定法是做元素分析直接测定灰渣可燃物中的炭、氢、氮、硫等可燃元素及有机氧元素，简称DDM法。(2)间接差减法(indirect determine method)：即先测出灰渣可燃物中灰分、水分等不可燃部分，然后减去该组分得出可燃物含量，即灼烧减量法。简称IDM法。DDM法测量的优点是可以了解可燃物的组成，但其不足之处是测量项目多，工作量大。．需要直接测量其中总的碳、氢、氮、硫，然后再把其完全灰化后测其不可燃的碳、氨、氮、硫含量。同时还要测其碳酸盐二氧化碳、水分以进行碳和氢的修正。不利于现场人员操作，只可做为研究或精确定量时的方法。IDM法虽然不能直接了解可燃物的组成及含量，但其测量方法简单易行。只要进行灼烧求出减量。但部分减量可能是因水分蒸发和碳酸盐分解而引起的，而这两者并不属于可燃物。因此要实测水分及碳酸盐分解产物以修正减量，才能得到较为准确的可燃物值。

　　 2．分选方法：粉煤灰中未燃炭的分选方法有湿法分选和干法分选。湿法分选利用了炭粒的表面润湿性和可浮性；干法分选中分选效果较好的有电选法，它利用的是粉煤灰中未然炭和其他颗粒在导电性上的差异来实现的。
　　
　　 二、显微结构形态研究
　　
　　 研究灰中未燃炭一般要富集灰中的炭颗粒做成分析炭样。用光学显微镜和描描电镜观察其显微结构形态。用计点法、网格法等估出各显微类型所占的比例。郑雨寿利用光学显微镜在飞灰里区分出三种炭颗粒微结构类型，即空心炭、网状炭和未熔炭。空心炭是由一个特大气孔和圆形的炭壁组成，具强的朔性流动标志。炭壁的厚度变化大。未熔炭外形不规则但气孔很少，且形状特殊，常呈窄长形，相互平行排列。网状炭具不规则外形，且多数为不闭合的圆形，部分网状炭的气孔排列十分规则。空心炭燃烬性好，未熔炭燃烬性差，网状炭燃烬性介于二者之间。王运泉将火力发电厂煤粉燃烧后形成的飞灰和底灰合起来研究。将未燃组分分为两大类：未燃烬底残炭和未变化或变化不明显的煤粒。炭的类型和丰度主要与煤沿组成、变质程度和燃烧方式有关。空心炭和网状炭源自镜质组。镜质组比惰质组有较高的挥发分产率，在高温热解过程中，会出现不同程度的膨胀，塑性变形，甚至流动，同时不断释放挥发分，因而产生大量的气孔；结构炭和末熔炭主要源自情质组，它们在加热过程中既不变形也不软化，挥发分产率很低，未经塑性变化过程，燃烧时可导致炭壁即细胞壁逐渐断裂，所以由情质组形成的残炭几乎没有气孔，同时也程度不同地保存有原惰质组的形态，结构乃至光性持征。研究表明空心炭和网状炭在燃烧时，热化学反应首先发生在挥发分析出所产生的气孔中，随着燃烧的进行，表现出密度不断变化、直径不变的燃烧持征，即服从所谓的“等直径”燃烧方式，而结构炭和末熔炭则表现出从颗粒表面向内部燃烧，即密度不变，直径不断缩小的燃烧过程，服从所谓的“等密度”燃烧方式。
　　
　　 三、难燃组分的研究
　　
　　 粉煤灰中未燃组分即残炭主要来源于煤中难燃组分。对难燃组分主要是从煤岩学的角度来研究，不同的煤岩组分将影响煤的燃烧特性。近几年的研究表明，粉煤灰中的残炭与原煤中的惰性组有明显的依赖关系。大量惰性组形成的未熔炭燃烧活性差是影响电厂飞灰含炭量高的重要原因之一。
　　 1、煤岩组分的热解作用研究：热解是煤粉燃烧的

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