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• 流化床气化技术具有床层温度均匀，传热传质效率高，煤种适用范围宽等优点，是解决能源与环境问题的重要途径^[1-3]。但是由于流化床气化炉操作温度偏低等原因导致气化炉出口二级旋风分离器及布袋除尘器中收集的气化细粉灰中含炭量高^{[4, 5]}。为提高碳利用率、减轻对环境的污染，必须要开发新的工艺来对循环流化床气化炉产生的气化细粉灰进行资源化利用。基于燃烧技术利用煤气化细粉灰中的残炭已逐渐引起关注^[6-8]，煤气化与气化细粉灰燃烧集成工艺实现了煤气化细粉灰的资源化利用，但是煤气化细粉灰燃烧仍然面临飞灰的二次处理问题。利用熔融工艺来处理气化细粉灰不仅可以提高碳的利用率，熔融过程煤气化细粉灰以玻璃态致密熔渣形式排出，可以有效减少灰渣体积，解决飞灰的污染及资源化问题。熔融固化处理在垃圾焚烧飞灰的处理方面有着较为广泛的应用^{[9, 10]}。但是尚没有成熟的利用熔融固化技术来处理循环流化床气化产生的细粉灰的工艺，因而加强对循环流化床气化细粉灰熔融特性的基础研究将具有重要的理论意义。

  目前，关于气化细粉灰的研究集中在气化细粉灰的理化特性、实验室阶段的燃烧特性、气化特性等方面。Ren等^[11]研究了工业循环流化床气化炉产生的气化半焦的理化特性以及燃烧特性。Zhang等^[12]利用SEM、XRD、BET和热重分析仪研究了5t/d循环流化床气化炉产生的神木飞灰的结构特征与气化活性。研究结果表明，与神木焦相比，飞灰的石墨化程度更低、颗粒粒径更小、比表面积更大，相应的其气化活性要高于神木焦。目前, 尚缺乏高温下气化细粉灰的高温熔融特性的研究报道。循环流化床气化细粉灰具有残炭含量高、颗粒粒径极小、挥发分几乎为零、灰分高等特点，其物理结构与化学特性与煤灰、垃圾焚烧飞灰有很大的差异。张玉魁等^[13]研究了准东煤流化床气化细粉灰与原煤在灰熔点上的差异。结果表明，准东煤与其流化床气化细粉灰中SO₂、Na₂O、CaO、Fe₂O₃等氧化物含量存在显著的差异，但飞灰的灰熔点与原煤无明显差异。杨鑫等^[14]通过烧结特性实验研究了无烟煤流化床气化细粉灰在“近灰熔点”处的烧结特性。研究发现，由于铁、钙和镁等碱性组分在飞灰中的富集导致飞灰的灰熔点与原煤相比发生了下降。残炭是气化细粉灰重要的组成成分，高温下残炭可以与灰中矿物质发生反应，是影响气化细粉灰熔融特性的内在因素。目前，残炭对循环流化床气化细粉灰熔融特性影响的研究报道极少。Oboirien等^[15]对高灰煤流化床气化过程中煤焦与矿物质的相互作用进行了研究。Chen等^[16]利用灰熔融性测定仪研究了氩气气氛下煤焦对煤灰熔融特性的影响。结果表明，煤焦对灰熔点以及灰的熔融行为有着重要的影响，影响程度取决于煤种以及煤焦的添加量。李风海等^[17]研究了颗粒粒径、气氛和残炭含量对霍林河褐煤灰熔融特性的影响，研究发现，残炭含量导致灰熔点的变化是因为Fe₃C的生成引起灰熔点的升高。孔令学等^[18]研究了残炭对气化渣黏度的影响。研究发现，由于碳硅石的出现导致了渣样的黏度随着残炭质量分数的变大而变大。

  因此，本研究以两种工业循环流化床气化炉产生的气化细粉灰作为研究对象，利用灰熔融性测定仪、XRD、SEM等手段研究了温度、气氛、残炭含量对气化细粉灰熔融特性的影响。

  1.   实验部分

  1.1   实验原料

  实验原料为两种煤气化细粉灰，均取自循环流化床常压空气煤气化炉工业装置中的二级旋风分离器以及布袋除尘器，一种取自山东茌平，称为茌平气化细粉灰(标记为CP), 细粉灰中残炭的质量分数为69%；另一种取自江苏宿迁，称为宿迁气化细粉灰(标记为SQ), 其中，残炭的质量分数是40%。这两种气化细粉灰的工业分析、元素分析见表 1。

  表 1

  

  表 1  茌平、宿迁气化细粉灰的工业分析和元素分析

  Table 1.  Proximate analysis and ultimate analysis of the fine ash

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  Sample	Proximate analysis wad/%					Ultimate analysis wad/%
  	M	A	V	FC		C	H	O	N	S
  CP	0.68	33.78	1.98	63.58		65.66	0.78	0.00	0.43	0.94
  SQ	0.06	60.66	0.67	38.61		39.08	0.20	0.00	0.26	1.62

  由表 1可知，与煤样相比，气化细粉灰的挥发分几乎为零，灰分含量高。按照GB/T 212—2008制备气化细粉灰的标准灰样：将原始的气化细粉灰放进马弗炉中在30 min内缓慢升温至500 ℃，并保持30 min，然后升温至(815±10) ℃，保持2 h，取出后于空气中放置约5 min，然后放入真空干燥箱在105 ℃下干燥36 h，将干燥的样品密封，即得中国国标氧化下的标准灰样。标准灰样中的化学组成根据ASTM D6349通过X射线荧光光谱仪进行分析，结果见表 2。

  表 2

  

  表 2  茌平、宿迁气化细粉灰灰成分分析

  Table 2.  Ash compositions of fine ash from chiping and suqian

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  Sample	Ash compositions w/%
  	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	TiO2	P2O5	K2O	Na2O
  CP	51.52	27.29	2.85	6.98	1.15	6.27	0.51	0.46	1.00	1.98
  SQ	44.93	33.67	5.71	5.81	0.97	5.02	1.27	0.38	1.27	0.85

  用粒径在30 μm以下、纯度在99%以上的石墨来代替残炭^{[18, 19]}, 考察残炭含量对灰熔融特性的影响。将不同比例的石墨添加到按中国国标GB/T 212—2008制取的茌平、宿迁气化细粉灰标准灰样。残炭在灰样中的质量分数分别是0、3%、5%、10%、15%。不同残炭含量的灰样标注为CP、CP-3%、CP-5%、CP-10%、CP-15%、SQ, SQ-3%、SQ-5%、SQ-10%、SQ-15%。其中，CP代表茌平气化细粉灰，SQ代表宿迁气化细粉灰，后面的百分数代表灰样中残炭的质量分数。

  1.2   灰熔融特征温度的测定

  灰熔融特征温度测定是一种被广泛接受的用来评估煤灰熔融性的方法，借鉴煤灰熔融性的评估方法，利用灰熔融特征温度来评判气化细粉灰的熔融性。实验仪器为美国LECO公司制造的AF700自动灰熔融性测定仪，包括温度控制系统、配气系统及灰锥摄像系统。灰熔融特征温度根据GB/T 219—2008测定:将由样品灰样制备的三角灰锥放入灰熔融性测试仪；研究三种气氛灰熔融特性，分别是氧化气氛(空气)、弱还原气氛(体积分数为(60±5)%的一氧化碳和(40±5)%的二氧化碳混合气体)、惰性气氛(高纯氮气)。根据灰锥的变形情况记录相应的温度：变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)、流动温度(FT)。

  1.3   灰样的高温热处理

  在高温石墨化炉上进行惰性气氛下灰样的高温成渣特性实验。高温石墨化炉系统主要由石墨化炉本体、控制机柜、红外测温系统、循环冷却水系统及气体置换系统等组成。将盛有不同残炭含量的气化细粉灰标准灰样的石墨小坩埚放入高温石墨化炉的反应区，在高纯氩气气氛下，将灰样由室温按照一定的升温速率进行加热，达到指定温度后(1200-1500 ℃，每间隔100 ℃确定一个温度点)，停留30 min使灰样中的矿物质充分反应，并在氩气气氛下缓慢冷却到室温，研钵研磨到200目下制得渣样，用来进行SEM以及XRD检测。

  1.4   样品分析

  高温下制取的灰渣采用X射线衍射仪(XRD)进行分析以获得灰样中矿物组成的变化。煤灰渣中各类矿物质对X射线的吸收或反射量是不同的，它与矿物质含量、结晶好坏、混合物中其他矿物的存在有关，但对于同一种矿物质，其衍射强度的变化可以近似反映矿物质含量的变化^[20-22]。XRD采用日本理学的RIGAKU D/max-rB衍射仪；衍射条件：Cu钯，管电流100 mA，管电压40 kV，Kα1=0.15408 nm，5°-90°扫描。渣样的表观形貌采用日本日立公司生产的S-4300型扫描电镜(SEM)，主机为钨灯丝照明，加速电压为0.5-30 kV。

  2.   结果与讨论

  2.1   气氛对气化细粉灰熔融特性的影响

  茌平气化细粉灰与宿迁气化细粉灰在不同气氛下的灰熔融特征温度见图 1。由图 1可知，三种气氛下，茌平气化细粉灰的流动温度均超过1300 ℃，宿迁气化细粉灰的流动温度均超过1400 ℃，宿迁气化细粉灰的灰熔融特征温度均明显高于茌平气化细粉灰。惰性气氛下，宿迁气化细粉灰的流动温度是1480 ℃，比茌平气化细粉灰的流动温度高了90 ℃。两种气化细粉灰均在弱还原气氛下获得最低的灰熔融特征温度，气氛对茌平、宿迁气化细粉灰的灰熔融特征温度的影响程度不同。气氛对茌平气化细粉灰的灰熔融特征温度影响不明显，弱还原气氛下，茌平气化细粉灰的流动温度是1355 ℃，比氧化气氛下低了15 ℃，比惰性气氛下低了35 ℃。而气氛对宿迁气化细粉灰的灰熔融特征温度影响显著，宿迁气化细粉灰的四个灰熔融特征温度在氧化性气氛与弱还原性气氛下的差值均超过50 ℃。

  图 1

  

  图 1  不同气氛下茌平、宿迁气化细粉灰灰熔融特征温度

  Figure 1.  Ash fusion temperature of CP and SQ fine ash under different atmospheres

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  气氛影响灰熔融温度的主要原因在于灰中的铁，不同气氛下熔融温度的差异随煤灰中的Fe₂O₃含量增加而增加。在氧化性气氛下，铁呈三价，Fe₂O₃的熔点为1565 ℃；在还原性气氛下，铁呈金属价态，Fe的熔点为1535 ℃; 而在弱还原气氛中，铁呈二价，FeO熔点为1420 ℃, 故在弱还原气氛下所测煤灰熔融性数据为最低^[23]。从离子势的角度分析，Fe²⁺的离子势为2.7，而Fe³⁺为4.7，离子势较低的离子降低熔点的作用更为明显^{[24, 25]}。由表 2可知，宿迁气化细粉灰中的Fe₂O₃的含量要高于茌平气化细粉灰中的Fe₂O₃的含量，所以气氛对宿迁气化细粉灰的灰熔融特征温度的影响程度要更明显。煤灰熔融性主要受高温下矿物质组成和含量影响。煤灰中的耐熔矿物是石英、偏高岭石、莫来石和金红石，常见的助熔矿物是石膏、酸性斜长石、硅酸钙、赤铁矿和重晶石^[26-28]。Vassilev等^[26]考察了全球范围内具有代表性的43个样品，对高温下灰样的XRD分析发现，较高的半球温度是由晶相中硅酸盐矿物质含量增加引起的。较低的半球温度是受钙镁碳酸盐和氢氧化物影响。图 2为惰性气氛下，茌平气化细粉灰在不同温度下生成的高温渣样的XRD谱图。

  图 2

  

  图 2  惰性气氛下茌平气化细粉灰在不同温度下的XRD谱图

  Figure 2.  XRD patterns of CP fine ash under inert atmosphere

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  由图 2可知，815 ℃时，茌平气化细粉灰中的主要矿物质是石英与硬石膏。1200 ℃时，钙长石与石英成为了茌平气化细粉灰灰渣中的主要矿物质。随着温度的升高，两者的含量下降。到1500 ℃时，XRD检测不出矿物质的存在，全部变成非晶体。硬石膏在900 ℃左右发生分解生成CaO^[29], 然后与灰中的SiO₂、Al₂O₃发生反应生成了钙长石，钙长石的生成使得石英晶体的含量显著减少，证明石英晶体参与了钙长石的生成。而当温度超过1200℃以后钙长石的衍射强度减弱，是发生熔融现象所致。惰性气氛下，宿迁气化细粉灰在不同温度下生成的高温灰渣的XRD谱图见图 3。由图 3可知，815 ℃时，灰中主要的矿物质是石英、硬石膏与陨硫钙石。1200 ℃时，宿迁气化细粉灰中的主要矿物质是钙长石和石英。随着温度的升高，两者的含量减少。1300 ℃时，石英消失。1500 ℃时，钙长石消失。同时，在1300 ℃时，出现了莫来石。莫来石的含量随着温度的升高而增大。到1500 ℃时，莫来石仍未消失。莫来石的熔点(1850 ℃)很高，是导致宿迁气化细粉灰具有高熔融温度的主要原因。钙长石的熔点(1553 ℃)低，并且容易形成熔融温度更低的低温共熔物，是导致茌平气化细粉灰具有较低熔融温度的主要原因^[30]。由表 2还可知，茌平气化细粉灰与宿迁气化细粉灰两者的灰成分存在差异，高温下生成的主要矿物质的种类不同，从而导致两者的灰熔融温度有较大的差距。从两者的灰成分来看，两者的性质接近于高硅铝煤(SiO₂+Al₂O₃＞80%)，高硅铝煤灰在高温下的产物主要为莫来石和钙长石。而高温下矿物质的演变又受到各自硅铝比的影响，当硅铝比高时，易形成SiO₂和钙长石；当硅铝比低时，易形成更稳定的莫来石^[1]。茌平气化细粉灰的硅铝比要高于宿迁气化细粉灰，故高温下茌平气化细粉灰易生成钙长石而宿迁气化细粉灰则容易生成莫来石。

  图 3

  

  图 3  惰性气氛下宿迁气化细粉灰在不同温度下的XRD谱图

  Figure 3.  XRD patterns of SQ fine ash under inert atmosphere

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  2.2   不同残炭含量对气化细粉灰熔融特性的影响

  2.2.1   不同残炭含量对灰熔融特征温度的影响

  惰性气氛下，残炭含量对茌平、宿迁气化细粉灰的灰熔融特征温度的影响明显，具体见图 4。

  图 4

  

  图 4  惰性气氛下不同种类气化细粉灰灰熔融特征温度

  Figure 4.  AFT of fine ash under inert atmosphere

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  由图 4可知，有残炭存在的样品灰熔融温度要高于没有残炭存在的样品灰熔融温度。随着残炭比例的提高，样品的灰熔融温度也越来越高。对于茌平气化细粉灰而言，当残炭含量是3%时，四个灰熔融特征温度相对于原灰有着小幅的增高, 增幅在30 ℃以内；当残炭含量上升到5%时，灰熔融特征温度增幅明显，其中，变形温度相对于原始样品提高140 ℃，流动温度提高了95 ℃。随着残炭含量的进一步提高，DT、ST、HT的增幅变缓。当残炭含量的比例超过5%时，样品的流动温度均超过1550 ℃，超出了灰熔融性测定仪的范围。对于宿迁气化细粉灰而言，当残炭含量为3%时，变形温度显著提高，提高了145 ℃。ST、HT、FT增幅不明显。当残炭含量为5%、10%时，样品的流动温度超过1550 ℃。当残炭含量为15%时，灰锥中的残炭在熔融的过程中会形成骨架，当温度超过1500 ℃时，仍然保持竖立状态，灰熔融性测试仪无法检测出四个熔融特征温度。样品的流动性变差。

  2.2.2   不同残炭含量对灰中矿物质转变的影响

  当茌平、宿迁气化细粉灰中不含残炭时，高温下矿物质的转变分析已经在前面讨论了，宿迁气化细粉灰在高温下生成的莫来石矿物质是导致其灰熔融温度明显高于茌平气化细粉灰相应温度的主要原因。惰性气氛下，不同残炭含量的宿迁、茌平气化细粉灰在高温下形成的灰渣的XRD谱图见图 5与图 6。

  图 5

  

  图 5  5添加了不同石墨含量的茌平气化细粉灰的XRD谱图

  Figure 5.  XRD patterns of CP fine ash with different graphite contents under inert atmosphere

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  图 6

  

  图 6  添加了不同石墨含量的宿迁气化细粉灰的XRD谱图

  Figure 6.  XRD patterns of SQ fine ash with different graphite contents under inert atmosphere

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  图 5(a)为残炭含量为3%时的茌平气化细粉灰在1300-1500 ℃形成的熔渣的XRD谱图。由图 5(a)可知，1300-1400 ℃时的主要矿物质是钙长石与石英。当温度上升到1500 ℃时，钙长石消失，出现了一些难熔的硅铝酸盐矿物质。这说明残炭的出现会影响高温下矿物质之间的相互作用，从而影响灰的熔融特性。图 5(b)为残炭含量为5%时的茌平气化细粉灰1300-1500 ℃形成的熔渣的XRD谱图。由图 5(b)可知，氩气气氛下，1300 ℃下的矿物质主要是钙长石与石英。当温度上升到1400 ℃时，石英的含量下降，钙长石的含量上升。推测是石英与无定形相中的刚玉、石灰生成了钙长石。当温度上升到1500 ℃时，石英含量进一步下降，钙长石消失, 碳硅石出现。灰渣中的石英与石墨通过碳热反应生成了碳硅石(熔点2730 ℃) ^[31-33]。反应机理如下：

  $ {\rm{Si}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{ + C}} \to {\rm{SiO }}\left( {\rm{g}} \right){\rm{ + CO}} $

  $ {\rm{SiO }}\left( {\rm{g}} \right){\rm{ + 2C}} \to {\rm{SiC + CO}} $

  碳硅石的出现是造成样品灰熔融特征温度上升的主要原因。1500 ℃时，主要矿物相为碳硅石以及一些硅铝酸盐矿物。这说明灰渣中的残炭会影响矿物质之间的相互反应，对液相的形成具有阻碍作用，从而使的灰熔融特征温度显著上升。图 5(c)与图 5(d)分别为残炭含量为10%、15%的茌平气化细粉灰在1300-1500 ℃时形成的熔渣的XRD谱图。与残炭含量为5%茌平气化细粉灰形成的熔渣不同的是，在1300-1400 ℃条件下，CP-10%和CP-15%的石英的含量变多而钙长石的含量减少。1400 ℃时出现碳硅石。当温度上升到1500 ℃时，碳硅石的含量进一步的增高。相同温度下，碳硅石的衍射强度随着残炭含量的升高而升高，这表明，灰中的残炭含量越高，生成的碳硅石的含量就越高。

  图 6(a)为残炭含量为3%时的宿迁气化细粉灰1300-1500 ℃时生成灰渣的XRD谱图。由图 6(a)可知，1300 ℃时的主要矿物质是钙长石、莫来石、石英。当温度进一步上升到1500 ℃，钙长石与石英消失，莫来石的含量上升。这说明残炭的出现会影响高温下矿物质的相互作用，从而造成了灰熔融温度的上升。图 6(b)是残炭含量为5%时的宿迁气化细粉灰1300-1500 ℃时生成的灰渣的XRD谱图。

  由图 6(b)可知，氩气气氛下，1300 ℃下的矿物质主要是莫来石、钙长石与石英。当温度上升到1400 ℃时，石英消失，出现了碳硅石。1500 ℃时，钙长石消失，莫来石含量下降。此时主要的矿物质是碳硅石、刚玉与莫来石。碳硅石的出现是含有残炭的宿迁气化细粉灰灰熔融温度上升的主要原因。图 6(c)是残炭含量为10%的宿迁气化细粉灰1300 ℃-1500 ℃的XRD谱图。由图 6(c)可知，氩气气氛下，1300 ℃下的矿物质主要是钙长石与莫来石、石英。当温度上升到1400 ℃时，钙长石的含量上升，石英的含量下降，出现碳硅石。当温度上升到1500 ℃时，钙长石、莫来石、石英均消失，碳硅石的含量上升，出现刚玉。图 6(d)是残炭含量为15%的宿迁气化细粉灰1300 ℃-1500 ℃的XRD谱图。由图 6(d)可知，氩气气氛下，1300 ℃下的矿物质主要是莫来石、钙长石与石英。当温度上升到1400 ℃时，石英含量下降，钙长石的含量上升。同时出现碳硅石。当温度上升到1500 ℃时，莫来石与石英消失，碳硅石与钙长石的含量上升，出现刚玉。由以上分析可以推断出, 宿迁气化细粉灰在高温下通过两种途径来生成碳硅石。当温度在1300-1400 ℃时，通过石英与碳反应生成碳硅石。这与茌平气化细粉灰高温下生成碳硅石的方式是相同的。当温度在1400 ℃以上，莫来石与碳反应生成碳硅石与刚玉^[34]。反应机理如下：

  $ {\rm{A}}{{\rm{l}}_{\rm{6}}}{\rm{S}}{{\rm{i}}_{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{{\rm{13}}}}{\rm{ + 6C}} \to {\rm{3A}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}{\rm{ + 2SiC + 4CO}} $

  1500 ℃时莫来石含量的下降以及大量刚玉的出现可以验证以上反应的发生。随着宿迁气化细粉灰中残炭含量的上升，相同温度下生成的碳硅石含量也增大。与之伴随的，是气化细粉灰熔融特征温度的上升。

  2.2.3   不同残炭含量对灰渣微观形貌的影响

  图 7、图 8分别为惰性气氛下、1500 ℃时，不同残炭含量的茌平、宿迁气化灰渣的SEM照片。图 7(a)为不含残炭的茌平气化灰渣放大2000倍的SEM照片，茌平气化灰渣在1500 ℃时表面光滑，表明黏附的颗粒物较少，颗粒物的形状为不规则块状与球形，说明在1500 ℃时茌平气化灰渣已经完全熔融成玻璃体，这与XRD的分析结果一致。图 7(b)、图 7(c)与图 7(d)分别为残炭含量为3%、5%、10%的茌平气化灰渣放大2000倍后的SEM照片，随着茌平气化灰渣中残炭含量的升高，灰渣表面的粗糙度增大，表面黏附的颗粒物的数量增多，表面黏附的颗粒物的粒径也变大，这说明随着气化细粉灰中残炭含量的上升，1500 ℃时灰渣中未熔的矿物质含量越来越多，从而进一步验证了之前XRD的分析结果。

  图 7

  

  图 7  1500 ℃下添加了不同残炭含量的茌平气化灰渣的熔融SEM照片

  Figure 7.  SEM photos of CP fine ash with different graphite contents at 1500 ℃

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  图 8

  

  图 8  1500 ℃下不同残炭含量的宿迁气化灰渣的熔融SEM照片

  Figure 8.  SEM photos of SQ fine ash with different graphite contents at 1500 ℃

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  由图 8可知，1500 ℃时，不同残炭含量的宿迁气化灰渣的微观形貌也具有与茌平气化灰渣类似的特征。不含残炭的宿迁气化灰渣的表面较为光滑并有轻微的黏附现象。随着宿迁气化细粉灰中残炭含量的升高，宿迁气化灰渣表面的粗糙度上升，表面黏附的颗粒物数量增多、粒径变大。这说明随着宿迁气化细粉灰中残炭含量的上升，灰渣中难熔的矿物质含量增多，宿迁气化细粉灰的熔融性变差。

  3.   结论

  宿迁气化细粉灰的灰熔融特征温度明显高于茌平气化细粉灰，高温下莫来石矿物质的出现是导致宿迁气化细粉灰灰熔点明显高于茌平气化细粉灰的主要原因。两种气化细粉灰在弱还原气氛下的灰熔融温度最低。

  惰性气氛下，残炭含量对两种循环流化床气化细粉灰的灰熔融温度、矿物质转变、灰渣微观形貌影响显著。两种循环流化床气化细粉灰的灰熔融特征温度均随着残炭含量的上升而升高，当残炭含量超过3%，灰熔融特征温度明显升高。当残炭含量超过3%，温度超过1300 ℃时，气化细粉灰中石英与碳反应生成碳硅石，1400 ℃以上，莫来石与碳反应生成碳硅石与刚玉。碳硅石的存在是使灰熔融特征温度升高的主要原因。

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  图 1  不同气氛下茌平、宿迁气化细粉灰灰熔融特征温度

  Figure 1  Ash fusion temperature of CP and SQ fine ash under different atmospheres

  —▼—: oxidation(SQ); —◆—: reduction(SQ); —●—: inert(SQ); —□—: oxidation(CP); —○—: reduction(CP); —△—: inert(CP)

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  图 2  惰性气氛下茌平气化细粉灰在不同温度下的XRD谱图

  Figure 2  XRD patterns of CP fine ash under inert atmosphere

  1: anorthite; 2: quartz; 3: anhydrite; 4: hematite

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  图 3  惰性气氛下宿迁气化细粉灰在不同温度下的XRD谱图

  Figure 3  XRD patterns of SQ fine ash under inert atmosphere

  1: mullite; 2: anorthite; 3: quartz; 4: corundum; 5: troilite; 6: oldhamite; 7: anhydrite

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  图 4  惰性气氛下不同种类气化细粉灰灰熔融特征温度

  Figure 4  AFT of fine ash under inert atmosphere

  (a): CP; (b): SQ

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  图 5  5添加了不同石墨含量的茌平气化细粉灰的XRD谱图

  Figure 5  XRD patterns of CP fine ash with different graphite contents under inert atmosphere

  1: anorthite; 2: quartz; 3: oldhamite; 4: hematite; 5: moissanite; 6: omisteinbergite (a): CP-3%; (b): CP-5%; (c): CP-10%; (d): CP-15%

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  图 6  添加了不同石墨含量的宿迁气化细粉灰的XRD谱图

  Figure 6  XRD patterns of SQ fine ash with different graphite contents under inert atmosphere

  1: mullite; 2: anorthite; 3: quartz; 4: moissanite; 5: corundum; 6: iron; 7: oldhamite; 8: fersilicite; 9: iron silicon; 10: halite; 11: cohenite (a): SQ-3%; (b): SQ-5%; (c): SQ-10%; (d): SQ-15%

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  图 7  1500 ℃下添加了不同残炭含量的茌平气化灰渣的熔融SEM照片

  Figure 7  SEM photos of CP fine ash with different graphite contents at 1500 ℃

  (a): CP-0; (b): CP-3%; (c): CP-5%; (d): CP-10%

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  图 8  1500 ℃下不同残炭含量的宿迁气化灰渣的熔融SEM照片

  Figure 8  SEM photos of SQ fine ash with different graphite contents at 1500 ℃

  (a): SQ-0; (b): SQ-3%; (c): SQ-5%; (d): SQ-10%

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  表 1  茌平、宿迁气化细粉灰的工业分析和元素分析

  Table 1.  Proximate analysis and ultimate analysis of the fine ash

  Sample	Proximate analysis wad/%					Ultimate analysis wad/%
  	M	A	V	FC		C	H	O	N	S
  CP	0.68	33.78	1.98	63.58		65.66	0.78	0.00	0.43	0.94
  SQ	0.06	60.66	0.67	38.61		39.08	0.20	0.00	0.26	1.62

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  表 2  茌平、宿迁气化细粉灰灰成分分析

  Table 2.  Ash compositions of fine ash from chiping and suqian

  Sample	Ash compositions w/%
  	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	TiO2	P2O5	K2O	Na2O
  CP	51.52	27.29	2.85	6.98	1.15	6.27	0.51	0.46	1.00	1.98
  SQ	44.93	33.67	5.71	5.81	0.97	5.02	1.27	0.38	1.27	0.85

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