神华煤灰掺混木屑灰在O2/CO2气氛下的烧结特性

周　斌,周　昊,王建阳,岑可法

(浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室,浙江 杭州 310027)



神华煤灰掺混木屑灰在O2/CO2气氛下的烧结特性

周斌,周昊,王建阳,岑可法

(浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室,浙江 杭州 310027)

摘要:利用CCD监测系统和自制烧结探针研究神华煤灰掺混不同比例的木屑灰在O2/CO2气氛下的烧结特征,实时在线监测灰块在烧结时的形状特征.结果表明：掺混木屑灰对混合灰块的高度影响较少,而对横截面积影响较大.当木屑灰比例为0、25%、50%、75%和100%时,相应的高度收缩率分别为0.127、0.119、0.134、0.124和0.136,而横截面积收缩率则分别为0.125、0.150、0.074、0.117和0.164.各灰块在烧结探针上经过烧结处理后,其横截面都具有三层层状结构,且每层的颜色和烧结程度都不同.利用XRD技术对每层的矿物质分布进行分析,结果表明：对于掺混不同比例的生物质灰,其混合灰块的矿物质种类和含量都有很大变化,尤其是最外层.对各灰块的层状结构进行SEM分析,发现掺入木屑灰后,灰块最外层孔状结构变小.同时,加入掺混木屑灰能够使得灰块最外层的横截面结构光滑致密.

关键词：烧结；木屑灰；混合灰；O2/CO2

随着工业化不断进展,火力发电排放的CO2引起的温室效应日渐严重.富氧燃烧技术被认为是控制燃煤锅炉的CO2排放最有前途的技术[1].由于富氧燃烧条件下(O2/CO2),烟气中的二氧化碳浓度较高[2-4],富氧燃烧技术使得二氧化碳的捕集更容易[5].与此同时,在富氧燃烧条件下进行二氧化碳捕集的费用要比传统空气燃烧条件下低[6].此外,富氧燃烧技术能够降低烟气中NOx、Hg的排放以及减少飞灰中未燃尽炭含量[7-10]，但是富氧燃烧技术也将引起烟气高SO2含量[11]以及相关的腐蚀问题[12].针对以上特点,越来越多的学者致力于研究富氧燃烧技术相关的燃烧特性[13]、污染物排放[14]、传热特征[15]、 着火特性[16]等.但对于富氧气氛下与灰渣相关的研究较少,尤其是灰烧结熔融特性较少.Li等[17]研究发现富氧燃烧气氛能够导致更多微小颗粒产生以及较低的灰沉积率,这与Chen等[18]的研究结果一致.这些研究基本没有涉及富氧条件下灰在水冷壁或者换热表面的灰烧结特性.

随着化石能源储量的下降和利用引起的环保问题,生物质作为一种“绿色”能源,引起了世界范围内的广泛关注.但由于生物质存在能量密度低和分散性等缺陷,纯生物质的大规模工业项目很难有较高的收益,而通过生物质和煤的混烧,可以解决单烧生物质存在的问题[19].生物质和煤混烧的灰熔融特性直接影响其燃烧利用,因此受到学者广泛关注.蒲舸等[20]研究了生物质和高硫劣质煤混烧灰熔融特性.董信光等[21]研究发现混烧灰分的熔融特征温度随生物质比例的增加而呈下降趋势,此外K、Cl等元素的质量分数对熔融特征温度的影响较大.徐婧等[22]研究了麦草木素与煤混烧灰熔融特性,研究表明随着木素质量分数的增大,混烧灰的熔点出现下降、上升再下降的趋势.Arvelakis等[23]研究了煤与生物质混烧的灰成分与粘度的关系,实验表明Si使灰熔融温度上升,而Mg、Ca、K、Na将导致灰熔点降低.Vamvuka等[24-25]研究了混烧灰的成分及含量的变化,分析了Si、Cl、K等元素的迁移.但是这些研究都没有涉及到在富氧条件下,对混烧灰熔融形态特征进行试试在线监测.

本文在O2/CO2气氛下(模拟富氧燃烧气氛),利用CCD监测系统,对木屑灰和神华煤灰的混合灰在自制的烧结探针上,进行灰熔融实验.研究不同比例的掺混灰在烧结探针上的烧结情况,获取不同工况下的灰块收缩率及矿物质演变规律.

1实验样品及方法

1.1燃料的灰分分析

实验用生物质为锯屑,煤样为低熔点的神华煤.由于生物质中含有较多的碱金属元素,为了防止灰样中的碱金属大量的蒸发,本文的灰样制取温度均根据美国的生物质制灰标准ASTME1755-01，相关的分析结果见表1和2.其中，IT表示变形温度，ST表示软化温度，HT表示半球温度，FT表示流动温度.

表1　木屑灰和神华煤灰的化学成分分析(wt.%)

表2木屑灰和神华煤灰的熔融特性

Tab.2MeltingcharacteristicsofbiomassandShenhuacoalashsamples

℃

从上述分析结果可以看出,木屑灰中的K和Na的含量要明显高于神华煤灰,并且木屑灰的熔融特征温度也远高于神华煤灰.木屑灰和神华煤灰的矿物质分布如下图1和2所示.其中，I为衍射强度,β为衍射角度.

图1　 木屑灰的矿物质分布图Fig.1　XRD pattern of saw dust ash sample

图2　神华煤灰的矿物质分布图Fig.2　XRD pattern of Shenhua coal ash sample

从图中可以看出，木屑灰富含大量的石灰石和石英,同时含有少量的氯化钾、钙长石以及黄铁矿.神华煤灰也含有大量的石英和石灰石,同时含有少量的赤铁矿和熟石灰.

1.2混合灰块的制备

将低温灰化后的木屑灰和神华煤灰按照木屑灰各占0%、25%、50%、75%、100%的质量比分别配制木屑灰和神华煤灰的混合样品.为了观察烧结后灰样的表面特征以及图像实时处理烧结样品的收缩率,把8g的混合灰样放入模具中压制成型,成型的混合灰块的横截面为15mm×15mm的正方形.

1.3实验方法

1.3.1实验台架本文实验在烧结气氛炉中进行，如图3所示为该系统的概要图.该系统主要包括配气系统、加热炉、烧结探针系统和CCD监测系统.配气系统以高纯O2和高纯CO2气瓶为气源模拟富氧燃烧条件,通过2个电力流量计进行配气.配气中O2的体积分数为30%(φ(O2)∶φ(CO2)=3∶7).气体的总流量为5L/min.2种气体通过混合器混合

均匀后从烧结炉左端进入,从右端排出.加热炉主要由硅钼棒、刚玉管、温控系统、B型热电偶以及耐火材料组成.在烧结炉的左端安装了CCD监测系统,用来实时监测灰块在烧结炉中烧结的形态特征.该监测系统主要由CCD相机、光学镜头以及冷却套管组成.冷却套管通有内外环冷却水,用于保护镜头在高温下不被烧损.同时CCD相机通过USB接口与计算机连接,通过数字图像处理系统监控烧结灰块,并反馈灰块的收缩率.在实验中,灰块通过烧结探针系统进出烧结炉内.烧结系统主要由烧结探针头部、烧结探针杆以及自动推进装置组成.烧结探针的头部和烧结探针杆通过螺纹连接,内部通有高温导热油模拟水冷壁环境.导热油进口的温度由油温控制器控制不变,维持在270 ℃.在烧结实验过程中,灰块放置于烧结探针头部.CCD监测系统和烧结探针系统的详细结构图见文献[26].

1.3.2实验步骤从炉子的左端通入O2和CO2的混合气.与此同时,以8 ℃的升温速率升高炉温.当炉温到达1 350 ℃时,把放有灰块的自动推进装置启动,将灰块及烧结探针推入烧结气氛炉中心.实验维持1h,然后再启动自动推进装置,将探针及灰块快速退出炉膛,并将灰块放入液氮中进行激冷.激冷的目的是使灰块在烧结处理后形成的各相,相间不发生相互转化及熔融相不发生结晶.

1.3.3数字图像处理技术在实验过程中,CCD相机获取了灰块烧结的实时照片.然后,对灰块烧结的原始图片进行相应的边缘检测和二值化处理,如图4所示.这样数字图像处理系统就可以计算出边缘图片中灰块高度的像素点个数，因此灰块高度的收缩率可以由下式计算：

图3　烧结气氛炉的系统路程图Fig.3　Schematic diagram of sin tering furnace system

图4　数字图像处理系统Fig.4　Description of digital image processing system

(1)

式中：H为任意时刻灰块的高度，H0为灰块最初始的高度.

此外,对二值化处理后的图片,可以根据像素点个数代表其相对面积，因此灰块的面积收缩率可以根据以下计算式得到：

ηA=1-A/A0.

(2)

式中：A为任意时刻灰块的面积，A0为灰块最初始的面积.

1.3.4XRD以及SEM-EDX分析对烧结处理后的样品经液氮激冷后,将其切割成两部分：一部分经研磨处理,并进行XRD分析；另一部分用环氧树脂包埋,并进行抛光和喷金处理,用于SEM分析及后续EDX分析,以得到其横截面的微观结构和元素分布.

2结果与讨论

2.1烧结后灰块的外观特征

如图5所示为神华煤灰掺混不同比例生物质灰经烧结处理后,其相应的外观特征.从图中可以看出，在1 350 ℃下,各灰块的表面均已熔融.此外从中可以发现，随着生物质比例的增加,灰块表面逐渐出现一些白色的点缀物,这应该是由于生物质灰的添加,导致生成了特有的矿物质.与此同时,可以发现加了生物质灰的混合灰块的表面比纯神华煤灰更有光泽.

图5　掺混不同比例生物质灰的灰块烧结后外观特征Fig.5　Appearance of ash samples after sintering of different blending ratios of saw dust ash

各烧结灰块的横截面结构如图6所示.从图中可以发现,各烧结灰块有一个共同的特征：均由3层层状结构组成,且每层的颜色和硬度均不同.此外,对于0%木屑灰和25%木屑灰的灰块,其第1层和第2层的颜色呈灰黄色.随着生物质灰的比例增加,第1和第2层的颜色都有加深,呈暗黑色.

图6　各掺混比例灰块的横截面特征Fig.6　Cross-section of ash samples of different blending ratios of saw dust ash

2.2灰块的高度收缩率和面积收缩率

对CCD捕捉的灰块烧结图片进行数字图像处理,可以计算出的灰块厚度及面积随时间的变化关系.如图7所示为各掺混比例下,灰块的高度随时间的变化关系.

图7　不同掺混比例的混合灰块高度随时间变化Fig.7　Variation of height of ash samples of different blending ratios with time

从图中可以看出,在最后时刻,各掺混比例的混合灰块的高度差别不大.此外,各灰块的高度变化的总体趋势是随时间的增加而减小.尤其在前20分钟,其高度变化最明显.随后各高度均保持缓慢平稳变化.另外,对于纯神华煤灰块(0%木屑灰),其高度变化呈现出先减小后增加的趋势.从图8中的CCD图片可以看出,灰块刚开始前7 min熔融收缩向两侧摊开,其高度减小;随后烧结熔融继续进行,灰块向中间收缩,因此高度反而增加.

在最后时刻,掺混0%、25%、50%、75%、100%木屑灰的灰块,其高度收缩率分别为0.127、0.119、0.134、0.124、0.136.可以发现,掺混生物质灰对煤灰在富氧气氛下烧结时,其高度的影响较少.

如图9所示为各掺混比例下灰块横截面积随时间的变化关系.从图中可以得出,各灰块的面积都随时间的增加而减小.同时,其面积也是在前20 min内变化较明显,随后的变化趋近缓和.另外,在最后时刻,掺混50%木屑灰的灰块其面积最大,其次是掺混75%木屑灰.面积最小的是100%木屑灰的灰块(即纯木屑).对于掺混0%、25%、50%、75%以及100%木屑灰的灰块,其相应的面积收缩率分别为0.125、0.150、0.074、0.117、0.164.

图8　纯神华煤灰块在7～12 min内的烧结CCD图片Fig.8　Photos of ash sample for 0 saw dust ash at the moment of 7～12 min by CCD

2.3化学平衡计算

为了更好地研究灰成分对混合灰熔融特征的影响,利用FactSage 5.2对不同掺混比例的混合灰进行化学平衡计算.表3为化学平衡计算一些参数的选择，其中，θ为温度.

表3　化学平衡计算的参数

图9　不同掺混比例的混合灰块面积随时间变化Fig.9　Change of area of ash samples versus time for different cases

图10　不同比例的木屑灰和神华煤灰在不同温度下的熔化比例Fig.10　Calculated results of liquid slag fraction in ash for blending ash samples under different temperatures

如图10所示为化学平衡计算关于在富氧燃烧气氛下,不同掺混比例的混合灰的熔融相的比例随温度的变化关系.其中，w为熔化相占灰的质量分数.从图中可以看出,灰成分对熔化相的影响非常明显.掺混75%木屑灰的熔融特征曲线更接近纯木屑灰，而25%的木屑灰和50%的木屑灰的熔融特征更接近神华煤灰的熔融特征.

2.4XRD分析结果

如图11～15所示为不同比例的木屑灰和神华煤灰烧结后的灰块的矿物质分布.从图11可以看出,对于纯木屑灰烧结后,其第一层组要含有大量的石英(SiO2)、方解石(CaCO3)、钾芒硝(NaK3(SO4)2),此外也遗留少量未蒸发的KCl和NaCl,以及一些钠长石(NaAlSi3O8).第二层的结晶相主要是石英、透辉石(CaMg(SiO3)2)、镁黄长石(Ca2MgSi2O7),另外也含有少量的霞石(KNa3Al4Si4O16)和镁硅钙石(Ca3Mg(SiO4)2).第三层富含大量的镁黄长石,以及较少的石英.从各层的矿物质分布来看,方解石只存在于第一层,靠近外面的2层由于所处的温度较高,方解石发生了以下的分解反应：

图11　纯木屑灰块各层的矿物质分布Fig.11　XRD patterns of ash sample for saw dust ash

CaCO3(方解石)=CaO+CO2↑.

(3)

同时石英的含量也是由内层向外层(第一层到第三层方向)逐渐减少.这是由于石英在高温下发生了熔解生成了玻璃态物质或者和其他矿物质生成了低温共融物.第二层出现了大量的透辉石CaMg(SiO3)2和镁黄长石Ca2MgSi2O7,这主要是由以下反应生成.

CaO+MgO+2SiO2=CaMg(SiO3)2，

(4)

2CaO+MgO+2SiO2=Ca2MgSi2O7.

(5)

同时第一层中的钾芒硝和钠长石的消失,而第二层出现了霞石.可以推测第一层中的钾芒硝和钠长石转化成了第二层的霞石.

表4　XRD衍射线所标的字母对应的矿物质

如图12所示为木屑灰比例为75%时混合灰块的各层结构中所含矿物质分布.从XRD图谱可以看出,第一层的主要矿物质是石英、方解石和钙铝黄长石(Ca2Al(AlSi)O7),另还有少量的透辉石和赤铁矿(Fe2O3).第二层的矿物质主要是石英、方解石、透辉石、透长石(KAlSi3O8)和钙铝黄长石.第三层主要是镁黄长石以及少量的石英和钙长石(CaAl2Si2O8).与此同时可以发现,石英的含量在这几层的分布也遵循着从内层到外层逐渐递减趋势.第二层出现的透长石2KAlSi3O8,是由以下的反应生成：

K2O+Al2O3+6SiO2=2KAlSi3O8.

(6)

第二层中的透辉石、透长石以及钙铝黄长石在第三层全部消失,取而代之的是镁黄长石的出现.因此可以推断镁黄长石相比上面3种物质灰熔点更高.第三层出现了少量的钙长石CaAl2Si2O8,应是由以下反应生成：

CaO+Al2O3+2SiO2=CaAl2Si2O8.

(7)

图12　木屑灰比例为75%时混合灰块各层的矿物质分布Fig.12　XRD patterns of ash sample for 75% saw dust ash

如图13所示为木屑灰比例为50%时烧结灰块的各层矿物质分布.从图中可以看出第一层主要的矿物质是石英和方解石,同时含有少量的顽辉石(MgSiO3)和柱星叶石.第二层富含大量的石英、钙铝黄长石和透辉石.此外,还有少量的方解石未分解,以及少量的霞石生成.最外层的矿物质主要是石英、钙铝黄长石以及透辉石.其中第二、第三层出现的钙铝黄长石Ca2Al(AlSi)O7应是由下式反应生成：

CaO+Al2O3+SiO2=Ca2Al(AlSi)O7.

(8)

图13　木屑灰比例为50%时混合灰块各层的矿物质分布Fig.13　XRD patterns of ash sample for 50% saw dust ash

图14　木屑灰比例为25%时混合灰块各层的矿物质分布Fig.14　XRD patterns of ash sample for 25% saw dust ash

图15　木屑灰比例为0时(纯神华煤灰)混合灰块各层的矿物质分布Fig.15　XRD patterns of ash sample for 0 saw dust ash (pure Shenhua coal ash)

图16　不同木屑灰比例的混合灰烧结后各层的微观结果Fig.16　Microstructure of ash sintered samples with different fractions of saw dust ash

当木屑灰比例为25%时其灰块各层矿物质分布如图14所示.从图中可以发现,第一层矿物质主要是石英、方解石和硬石膏(CaSO4),另外还有少量的赤铁矿.第二层的结晶相主要是石英和硬石膏.同时有少量的透辉石和霞石生成,以及未熔化的赤铁矿.最外层的主要结晶相是石英和钙长石.此外可以发现第三层的XRD图谱在20-30°之间出现较大的向上突的形状,这说明这一层的矿物质在高温下产生了大量的非晶相.

图15给出了纯神华煤灰的各层结构矿物质分布.从图中可以看出最内层(第一层)其所含矿物质主要是硬石膏、石英、方解石和赤铁矿.此外还含有少量的透长石.第一层的矿物质分布基本和神华煤灰的原始灰分矿物质分布相同.第二层富含大量的硬石膏.石英含量相比第一层要少.另外,有少量的透辉石、钙铁榴石(Ca3Fe2Si3O12)和钠长石生成.

3CaO+3SiO2+Fe2O3=a3Fe2Si3O12.

(9)

第三层只含有唯一的一种结晶相——钙长石，其他的晶相全部都呈熔融相变成玻璃态物质.

2.5SEM分析结果

如图16所示为不同木屑灰比例的混合灰块烧结后各层的微观结构.从图中可以，看出各掺混比例的灰块经烧结处理后,都表现出内层未明显烧结,中间层部分烧结,外层烧结严重并含有大量熔融相.与此同时可以发现，对于最外层都含有大量的孔隙结构.

与此同时可以发现,随着木屑灰的比例增加,其最外层的孔的外径越小.这是由于木屑灰的加入,导致混合灰的灰熔点增加,灰样收缩减少.另外可以发现，纯神华煤灰烧结后,其最外层的基质层布满了很多细小空隙,并不光滑.加入木屑灰后,最外层的基质展现出致密的结构且光滑,这可能是由于木屑灰中富含K和Na元素生成了一些低温共熔物.

3结论

(1)混合灰中,木屑灰的比例对灰块烧结时的高度没有明显的影响,但是对横截面积影响较大.其中木屑灰比例为0%、25%、50%、75%和100%时,其灰块的高度收缩率分别为0.127、0.119、0.134、0.124、0.136；而相应的横截面积收缩率分别为0.125、0.150、0.074、0.117、0.164.

(2)灰块经烧结处理后,其横截面都具有三层层状结构特征.其各层的颜色和烧结程度差异明显.此外,从XRD图谱可以看出,当混合灰中木屑灰不同比例时,各层矿物质分布差异很大，即灰成分对矿物质的生成起决定性作用.

(3)混合灰块中木屑灰比例越高，其最外层的孔状结构外径越小.这是由于木屑灰的添加,提高了混合灰块的灰熔点.与此同时,木屑灰的加入使得最外层的结构变得光滑且致密.

参考文献(References):

[1] WALL T, LIU Y, SPERO C, et al. An overview on oxyfuel coal combustion-state of the art research and technology development [J].ChemicalEngineeringResearchandDesign, 2009, 87(8A): 1003-1016.

[2]BUHREB,ELLIOTTL,SHENGC,etal.Oxy-fuelcombustiontechnologyforcoal-firedpowergeneration[J].ProgressinEnergyandCombustionScience, 2005, 31(4): 283-307．

[3]ANDERSSONK,JOHNSSONF.Processevaluationofan865MWelignite-firedO2/CO2powerplant[J].EnergyConversionandManagement,2006, 47(18): 3487-3498．

[4]CHENY,WANGG,SHENGC.ComparisonofparticlesizeevolutionduringpulverizedcoalcombustioninO2/CO2andO2/N2atmosphere[J].EnergyFuels, 2014, 28(1): 136-145．

[5]SHENGC,LUY,GAOX,YAOH.Fineashformationduringpulverizedcoalcombustion:acomparisonofO2/CO2combustionversusaircombustion[J].EnergyandFuels,2007, 21(2): 435-440．

[6]NSAKALANY,MARIONJ,BOZZUTOC,etal.EngineeringfeasibilityofCO2captureonexistingU.S.coal-firedpowerplant[C]∥FirstNationalConferenceonCarbonSequestration.WashingtonDC: [s.n.], 2001．

[7]SINGHD,CROISETE,DOUGLASP,etal.Techno-economicstudyofCO2capturefromanexistingcoal-firedpowerplant:MEAscrubbingversusO2/CO2recyclecombustion[J].EnergyConversionandManagement,2003, 44(19): 3073-3091．

[8]BEJARANOP,LEVENDISY.Single-coal-particlecombustioninO2/N2andO2/CO2environments[J].CombustionandFlame, 2008, 153(1/2): 270-287．

[9]CROISETE,THAMBIMUTHUK.NOxandSO2emissionfromO2/CO2recycledcoalcombustion[J].Fuel,2001, 80(14): 2117-2121．

[10]BORREGOA,ALVAREZD.Comparisonofcharsobtainedunderoxy-fuelandconventionalpulverizedcoalcombustionatmospheres[J].EnergyFuels, 2207, 21(6): 3173-3179．

[11]SCHEFFKNECHTG,MAKHADMEHL,SCHNELLU,etal.Oxy-fuelcoalcombustion:areviewofthecurrentstate-of-the-art[J].InternationalJournalofGreenhouseGasControl,2011, 55(1): 516-535．

[12]ZENGZ,NATESANK,CAIZ,etal.Effectofcoalashontheperformanceofalloysinsimulatedoxy-fuelenvironments[J].Fuel, 2014, 117(A): 133-145．

[13]LIUH,ZAILANIR,GIBBSB.ComparisonsofpulverizedcoalcombustioninairandinmixturesofO2/CO2[J].Fuel, 2005, 84(7/8): 833-840．

[14]CROISETE,THAMBIMUTHUK.NOxandSO2emissionsfromO2/CO2recyclecoalcombustion[J].Fuel,2001, 80(14): 2117-2121．

[15]BOLEAI,ROMEOL,PALLARSD.Heattransferintheexternalheatexchangerofoxy-fuelfluidizedbedboilers[J].AppliedThermalEngineering, 2014, 66(1/2): 75-83．

[16]LIUY,GEIERM,MOLINAA,etal.Pulverizedcoalstreamignitiondelayunderconventionalandoxy-fuelcombustionconditions[J].InternationalJournalofGreenhouseGasControl, 2011, 5(1):S36-S46．

[17]LIG,LIS,DONGM,etal.Comparisonofparticulateformationandashdepositionunderoxy-fuelandconventionalpulverizedcoalcombustions[J].Fuel, 2013, 106: 544-551．

[18]CHENY,WANGG,SHENGC.ComparisonofparticlesizeevolutionduringpulverizedcoalcombustioninO2/CO2andO2/N2atmospheres[J].EnergyandFuels, 2014, 28(1): 136-145．

[19] 陈雪莉,刘涛,刘霞,等. 掺混生物质对煤灰熔点的影响及混合灰流动温度的预测[J].中国电机工程学报， 2012, 32(11), 41-46．

CHENXue-Li,LIUTao,LIUXia,etal.Effectsofcropstrawoncoalashfusiontemperatureandpredictionofblendashfusiontemperature[J].ProceedingsoftheCSEE, 2012, 32(11), 41-46．

[20] 蒲舸,谭波. 生物质和高硫劣质煤混烧灰熔融特性研究[J]. 中国电机工程学报. 2011, 31(23), 108-114．

PUGe,TANBo.Studyonfusioncharacteristicsofashproducedbyco-combustionbiomassandhigh-sulfurlowgradecoal[J].ProceedingsoftheCSEE,2011, 31(23), 108-114. [21] 董信光, 李荣玉,刘志超,等. 生物质与煤混燃的灰分特性分析[J]. 中国电机工程学报. 2009, 29(26), 118-124．

DONGXin-guang,LIRong-yu,LIUZhi-chao,etal.Investigationontheashcharacteristicduringco-firingofcoalandbiomass[J].ProceedingsoftheCSEE. 2009, 29(26), 118-124.

[22] 徐婧, 余春江, 秦建光,等. 麦草木素与煤混烧灰熔融特性[J]. 浙江大学学报:工学版, 2007, 41(7), 1186-1190．

XUJing,YUChun-jiang,QINJian-guang,etal.Ash-fusioncharacteristicsofwheatstrawligninandcoalco-combustion[J].JournalofZhejiangUniversity:EngineeringScience, 2007, 41(7), 1186-1190．

[23]ARVELAKISS,FOLKEDAHLB,DAMK,etal.Studyingthemeltingbehaviorofcoal,biomass,andcoal/biomassashusingviscosityandheatedstageXRDdata[J].EnergyandFuels, 2006, 20(3): 1329-1340．

[24]VAMVUKAD,PITHAROULISM,ALEVIZOSG,etal.Asheffectsduringcombustionoflignite/biomassblendsinfluidizedbed[J].RenewableEnergy,2009,34(12)：2662-2671．

[25]ZHENGY,JENSENP,JENSENA,etal.Ashtransformationduringco-firingcoalandstraw[J].Fuel, 2007, 86(7/8): 1008-1020．

[26]ZHOUH,ZHOUB,DONGK,etal.Researchontheslaggingcharacteristicsofeasytoslaggingcoalinapilotscalefurnace[J].Fuel, 2013, 109: 608-615.

DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2016.03.010

收稿日期：2012-10-17.

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51476137).

作者简介：周斌(1988-), 男, 博士生. 从事劣质煤积灰结渣的可视化研究. E-mail: zhoubinhust@zju.edu.cn. 通信联系人：周昊, 男, 教授. ORCID:0000-0001-9779-7703.Email: zhouhao@zju.edu.cn

中图分类号：X 511； O 643.36

文献标志码：A

文章编号：1008-973X(2016)03-09-0468

SinteringcharacteristicofShenhuacoalashblendingwithsawdustashinO2/CO2atmosphere

ZHOUBin,ZHOUHao,WANGJian-yang,CENKe-fa

(State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)

Abstract:CCD monitoring system and sintering probe were applied to investigate the sintering characteristic of Shenhua coal ash blending with saw dust ash in oxy-fuel combustion atmosphere (O2/CO2). The shape of ash samples was observed online by the CCD monitoring system. The results reveal that the effect of the blending ratio of saw dust ash on the height of ash sample was not evident. Nevertheless, the blending ratio of saw dust ash affects the cross-sectional area of ash sample significantly. The height shrinkage rates of the ash samples were 0.127, 0.119, 0.134, 0.124 and 0.136, which corresponding to 0%, 25%, 50%, 75% and 100% of saw dust ash in blend ash. And the corresponding area shrinkage rates were 0.125, 0.150, 0.074, 0.117 and 0.164, respectively. Meanwhile, results indicate that all the residue ashes are characterized by three layer structures with different colors and sintering degrees. The XRD analysis results show that the blending ratio of saw dust ash in the blend ash influence the types and content of mineral in the residue ashes, especially for the outer most layer. The SEM analysis results reveal that the blending saw dust ash in blend ash can give rise to the smaller of pore structures in the outer most layer. In addition, the saw dust ash can make the matrix of the outer most layer more smooth and compact．

Key words:sintering; saw dust ash; blend ash; O2/CO2