準(zhǔn)東煤摻燒煤矸石的捕鈉機(jī)制

許天瑤，傅培舫，劉 洋，謝梓涵，熊 哲

(1.華中科技大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，湖北 武漢 430000；2.華中科技大學(xué) 煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430000)

0 引 言

準(zhǔn)東煤田煤炭儲量3 900億t，具有低灰分、高揮發(fā)分、高反應(yīng)活性等特點(diǎn)，是優(yōu)質(zhì)的動力和化工煤。但準(zhǔn)東煤中堿金屬(Na、K)和堿土金屬含量較高，特別是Na含量，總體在2%以上，遠(yuǎn)高于其他地區(qū)的動力用煤[1]。燃用準(zhǔn)東煤過程中，高含量堿金屬會導(dǎo)致受熱面出現(xiàn)嚴(yán)重沾污結(jié)渣，降低鍋爐傳熱效率，引發(fā)安全問題和經(jīng)濟(jì)損失[2]。新疆電廠燃用準(zhǔn)東高堿煤的鍋爐一般用低負(fù)荷運(yùn)行或高負(fù)荷摻燒10%～30%低鈉煤或5%～10%高嶺土減輕鍋爐受熱面的沾污結(jié)渣，但存在成本高或鍋爐磨損增加限制。因此，探索更經(jīng)濟(jì)有效的防沾污結(jié)渣技術(shù)十分迫切。煤中Na的賦存形態(tài)主要通過逐級化學(xué)萃取法分為水溶性Na、醋酸銨可溶性Na、鹽酸可溶性Na和不溶性Na[3-7]，其中水溶性Na和有機(jī)Na對鍋爐運(yùn)行影響最大[8]。準(zhǔn)東煤中水溶性Na含量最高[9-10]，因此許多學(xué)者研究了水溶性Na的釋放和轉(zhuǎn)化規(guī)律。準(zhǔn)東煤中Na在400 ℃前釋放量較小，400～500 ℃加快釋放，500 ℃前釋放量為30%～40%[5,9,11-12]。雷宇霆等[9]研究了準(zhǔn)東煤中Na的蒸發(fā)特性，結(jié)果表明：400～700 ℃，Na析出速度最快，釋放量約40.25%，且主要形式為水溶性Na；800 ℃，Na蒸發(fā)基本結(jié)束，剩余Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為32.1%。劉敬等[5]、陶玉潔等[11]研究證明400～600 ℃，Na析出最快。BLSING等[13-15]在管式爐中研究了煤氣化和燃燒狀態(tài)下堿金屬的釋放，發(fā)現(xiàn)NaCl釋放量與所研究褐煤的S/Cl比和Al+Si含量呈負(fù)相關(guān)，壓力對堿金屬釋放也有較大影響。張軍等[16]研究了煤中堿金屬在燃燒中的行為，結(jié)果表明：高溫下水溶性Na向酸溶性Na轉(zhuǎn)化，溫度和氣氛對Na釋放的影響因煤種不同而不同。……