洁净煤技术

作者：马芳茹, 魏博, 买尔哈巴·阿不都热合曼, 王建江, 李显, 王学斌

关键词：硅铝比,微观特性,熔融特性,分子动力学,聚合度

煤灰的酸碱比和硅铝比是影响煤灰特性的关键因素。在煤中加入添加剂或采用混煤等方法，改变煤灰硅铝比来调节煤灰的熔融特性，是改善煤高温转化过程中带来灰渣问题的重要手段。为了分析硅铝比变化对煤灰体系微观结构产生的影响，得出宏观性质改变的理论机理，基于第一性原理在1 600 ℃下模拟计算了CaO-SiO2-Al2O3体系中SiO2/Al2O3从0.5升至3.1时，径向分布函数（RDF）、平均配位数（CN）、聚合度、氧的分布等微观结构的变化规律。结果表明：SiO2/Al2O3从0.5增至3.1时，Si—O有稳定的四配位结构且平均键长为1.61×10-10 m；Al—O的平均键长为1.75×10-10 m，Al—O配位较为稳定，且配位数随着硅铝比的增加而降低，合成煤灰硅酸盐体系中Si、Al为网络形成体。随着SiO2/Al2O3从0.5增至3.1时，Q4、Q5逐渐减少，生成聚合度低的Q、Q3，其中Q4、Q5分别降低23%、10%左右，Q3、Q分别升高14%、11%左右。大量［SiO4］4-和［AlO4］5-被破坏，煤灰体系的聚合度降低，无序性升高，网络结构被破坏，导致煤灰熔融性降低。随着体系硅铝比的增加，Ot和Ob含量逐渐降低，Onb含量增加显著，其中，Ob、Ot含量分别降低7%、13%左右，Onb含量升高18%左右。体系网络结构遭到破坏变得松散，疏松的网络结构导致体系硅酸盐网络在高温下更易塌陷和瓦解，宏观表现为煤灰的熔融温度降低，更易产生低温共熔体。

来源：2021年第04期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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