雷宇霆，傅培舫，唐?詩(shī)，岳?芳，別?康，劉?洋

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準(zhǔn)東煤中鈉的賦存形態(tài)及蒸發(fā)冷凝特性

雷宇霆1, 2，傅培舫1，唐?詩(shī)1, 2，岳?芳1，別?康1，劉?洋1

(1. 華中科技大學(xué)煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074；2. 華中科技大學(xué)中歐清潔與可再生能源學(xué)院，武漢 430074)

針對(duì)新疆準(zhǔn)東高堿煤由于高鈉特性而在燃燒過程中出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)渣沾污等問題，通過三步萃取實(shí)驗(yàn)研究了準(zhǔn)東煤中鈉的賦存形態(tài)；通過鈉的蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)測(cè)量了不同燃燒溫度下準(zhǔn)東煤灰中鈉的含量并分析其釋放規(guī)律；通過鈉的冷凝實(shí)驗(yàn)確定了鈉的最佳冷凝溫度區(qū)間并分析其冷凝形態(tài)；通過化學(xué)熱力學(xué)平衡計(jì)算模擬了鈉的析出及其化學(xué)反應(yīng)．結(jié)果表明：準(zhǔn)東煤中的鈉大部分以水溶鈉形式存在；在400～700℃，鈉的蒸發(fā)最快，主要為水溶鈉的釋放過程，其析出活化能較低；鈉的最佳冷凝溫度區(qū)間為(670±20)℃，而冷凝區(qū)域具有分散、成塊、呈流動(dòng)性的特點(diǎn)；煤中鈉的主要化學(xué)反應(yīng)是NaCl、Na2O·SiO2、Na2SO4和NaOH等的固相、液相和氣相之間的轉(zhuǎn)化．

準(zhǔn)東煤；鈉的賦存形態(tài)；鈉的蒸發(fā)和冷凝；化學(xué)熱力學(xué)平衡計(jì)算

新疆準(zhǔn)東地區(qū)蘊(yùn)藏豐富煤炭資源，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量達(dá)3900億噸，占新疆煤炭資源儲(chǔ)量的17.8%[1]．為了打造準(zhǔn)東大型煤炭煤電煤化工基地和推行“疆煤外運(yùn)”和“疆電外送”戰(zhàn)略，準(zhǔn)東煤的合理開發(fā)利用顯得尤為重要．然而由于準(zhǔn)東煤屬于高鈉煤種，在燃燒過程中十分容易造成鍋爐受熱面出現(xiàn)結(jié)渣、沾污等問題，進(jìn)而引發(fā)爐內(nèi)“搭橋”和堵塞爆管等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響鍋爐的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行．

煤中堿金屬的存在形式與煤的燃燒特性和灰污性質(zhì)密切相關(guān)．煤中鈉通常以有機(jī)鈉和無(wú)機(jī)鈉兩種形式存在．有機(jī)鈉分為以羧酸鹽形式存在的鈉和以配位形式出現(xiàn)在煤結(jié)構(gòu)的含氮或氧官能團(tuán)上的鈉，前者不溶于水卻溶于醋酸銨和鹽酸，后者不溶于醋酸銨但溶于鹽酸．無(wú)機(jī)鈉有多種存在形式，按照其可溶性有單獨(dú)金屬離子形式的鈉，溶于水也溶于醋酸銨和鹽酸；以硅鋁酸鹽形式存在的鈉，不溶于水、醋酸銨和鹽酸．在煤的燃燒過程中，有機(jī)鈉和大部分水溶鈉蒸發(fā)出來(lái)，冷凝在鍋爐受熱面上，形成黏層捕捉灰粒，而不可溶鈉一般留在煤灰中參與反應(yīng)和轉(zhuǎn)化．目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)煤中堿金屬鈉的賦存形態(tài)和遷移規(guī)律等方面進(jìn)行了大量的研究．

王智化等[2]通過三步萃取法對(duì)準(zhǔn)東煤中鈉的賦存形態(tài)進(jìn)行了分析，得出水溶鈉的含量最高，約占54%．對(duì)于鈉在高溫下的釋放規(guī)律，在熱解實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為鈉在600～800℃釋放最快，而在燃燒實(shí)驗(yàn)[3]中顯示其在400～600℃釋放最快，但二者主要針對(duì)的是煤在400℃以上的反應(yīng)過程．此外，He等[4]和Gao?等[5]運(yùn)用激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀測(cè)試了Na離子的釋放規(guī)律和Na元素的動(dòng)態(tài)變化．關(guān)于鈉的釋放形式及相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，仍然存在較多爭(zhēng)議．Van[6]認(rèn)為煤中的鈉主要以Na離子形式釋放，然后再分別與Cl-和SO42-反應(yīng)．Quyn等[7]認(rèn)為鈉在氧化條件下以Na2O釋放，在還原條件下以Na離子釋放．Wang等[8]通過檢測(cè)Na、Cl含量比，認(rèn)為鈉在400～600℃主要以離子態(tài)釋放，在600～800℃主要以NaCl形式釋放，超過815℃以Na2SO4形式釋放．陶玉潔等[3]運(yùn)用Factsage軟件模擬了鈉的反應(yīng)轉(zhuǎn)化，認(rèn)為鈉在1000℃以前主要以NaCl(g)析出，在1000℃以后其析出形式為Na2SO4(g)、NaOH(g)．在燃燒過程中堿金屬化合物在管壁上的冷凝行為直接影響鍋爐換熱面的積灰結(jié)渣．Bryers[9]將高溫黏結(jié)性積灰的形成過程分為內(nèi)白層、燒結(jié)內(nèi)層和外部燒結(jié)層三個(gè)階段，揮發(fā)性組分如氣態(tài)堿金屬硫酸鹽在內(nèi)白層上冷凝沉積導(dǎo)致出現(xiàn)黏性表面捕獲飛灰顆粒．Li等[10]使用25kW滴管爐研究在燃燒器附近的渣樣層，一層為富含Na、Cl、S的黏附性液體，而一層為捕集的大顆粒．王禮鵬等[11]選取在實(shí)際鍋爐不同換熱面上的渣樣進(jìn)行了分析，得出在中溫受熱面上鈉的含量最高．Wang等[8]搭建鈉的蒸發(fā)冷凝實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，使用探頭對(duì)鈉的化合物進(jìn)行了捕集，發(fā)現(xiàn)其冷凝形態(tài)為規(guī)則的塊狀晶體，而且在冷凝沉積物中主要存在Na和Cl元素．

本文針對(duì)準(zhǔn)東煤中鈉的賦存形態(tài)、遷移規(guī)律和冷凝特性展開實(shí)驗(yàn)研究，并模擬在燃燒過程中鈉的化學(xué)反應(yīng)，為準(zhǔn)東高堿煤的脫鈉提質(zhì)和燃燒利用提供理論依據(jù)．

1?實(shí)驗(yàn)部分

1.1?鈉的賦存形態(tài)實(shí)驗(yàn)方法

本文選取準(zhǔn)東煤田五彩灣礦區(qū)的煤樣作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，煤樣粒徑為200目(粒徑)，其工業(yè)分析和元素分析見表1，煤樣在500℃的灰成分分析見表2．

表1?準(zhǔn)東煤的工業(yè)分析及元素分析

Tab.1?Proximate and ultimate analyses of Zhundong coal

表2?準(zhǔn)東煤的灰成分分析

Tab.2?Ash composition analysis of Zhundong coal %

本文通過3步化學(xué)萃取實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同存在形式的鈉：稱取25g標(biāo)準(zhǔn)空氣干燥基煤樣，加入1L去離子水，在水浴鍋中恒溫70℃水浴24h，保持?jǐn)嚢柁D(zhuǎn)速為400r/min，過濾并保存濾液，對(duì)殘留煤樣進(jìn)行干燥并研磨，然后分別采用0.5mol/L的醋酸銨(NH4OAc)溶液和0．5mol/L鹽酸(HCl)溶液對(duì)殘留煤樣重復(fù)上述操作，并將最終的殘留固體干燥之后進(jìn)行微波消解．最后對(duì)所得消解液以及濾液做稀釋定容處理，利用美國(guó)PerkinElmer公司的電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)分析其中鈉的含量，在數(shù)據(jù)處理時(shí)注意減去空白對(duì)照值．

1.2?鈉的蒸發(fā)特性實(shí)驗(yàn)方法

本文通過在馬弗爐中進(jìn)行高溫灰化實(shí)驗(yàn)研究鈉的蒸發(fā)特性．分別稱取1～2g標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)東煤樣平鋪于瓷舟底部，持續(xù)通入0.5L/min空氣，升溫速率為5℃/min，終溫分別為200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃，停留時(shí)間為2h，在加熱結(jié)束后快速稱取質(zhì)量并干燥保存．然后分別稱取0.03g左右灰樣進(jìn)行微波消解，對(duì)消解液稀釋并利用ICP-MS分析鈉的含量．殘余的鈉質(zhì)量百分比的計(jì)算公式如下：

???(1)

1.3?鈉的冷凝特性實(shí)驗(yàn)方法

本文通過鈉的冷凝實(shí)驗(yàn)管式爐臺(tái)架研究鈉的冷凝特性，如圖1所示．該實(shí)驗(yàn)的目的是為了研究鈉的最佳冷凝溫度段以及其化合物的冷凝形態(tài)．該實(shí)驗(yàn)的原理為將煤樣置于爐體中間位置，然后放置一長(zhǎng)段銅片．通過便攜式熱電偶測(cè)量管內(nèi)不同地方的溫度，發(fā)現(xiàn)在爐體的非恒溫區(qū)域，管內(nèi)溫度沿長(zhǎng)度方向向外逐漸下降，因而該段銅片在經(jīng)過一段時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后就會(huì)形成一個(gè)向外遞減的溫度梯度．在準(zhǔn)東煤的燃燒過程中，堿金屬鈉蒸發(fā)出來(lái)以后就會(huì)冷凝在不同溫度區(qū)間的銅片表面上．由于準(zhǔn)東煤灰分含量較少，使用單一的準(zhǔn)東煤樣實(shí)驗(yàn)較難觀測(cè)到鈉的冷凝，故在煤樣中加入NaCl溶液摻雜，其中煤與NaCl質(zhì)量比為10∶1，然后對(duì)混合物充分?jǐn)嚢?，干燥并研磨．由于NaCl屬于穩(wěn)定化合物，一般不會(huì)參與反應(yīng)，故認(rèn)為其對(duì)燃燒過程不會(huì)產(chǎn)生影響．該實(shí)驗(yàn)需通過更精確的方法進(jìn)行驗(yàn)證．

圖1?鈉的冷凝實(shí)驗(yàn)管式爐臺(tái)架

將煤樣、銅片等按照?qǐng)D1放置．將管式爐以10℃/min升高到800℃，停留時(shí)間為2h，使樣品中鈉充分蒸發(fā)冷凝．然后使?fàn)t體和銅片自然冷卻，并通入0.5L/min的氮?dú)獯底叻磻?yīng)氣體，持續(xù)30min(排除在降溫過程中鈉在銅片表面上的冷凝影響)．待徹底冷卻以后裁剪銅片，最后采用Nova NanoSEM 450場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FSEM-EDS)對(duì)不同溫度區(qū)間的銅片進(jìn)行表面微觀形貌分析以及能譜分析．在操作過程中應(yīng)該避免引入堿金屬雜質(zhì)離子影響分析結(jié)果．

1.4?鈉的遷移轉(zhuǎn)化模擬計(jì)算

本文根據(jù)Gibbs自由能最小化原理，利用化學(xué)熱力學(xué)軟件HSC Chemistry對(duì)堿金屬鈉可能的析出產(chǎn)物進(jìn)行模擬計(jì)算．該模型計(jì)算溫度范圍為400～1600℃，溫度步長(zhǎng)為100℃，壓力為0.1MPa，空氣過量系數(shù)取1.2．選取C、H、N、S、O、Al、K、Na、Ca、Si、P、Cl、Mg、Fe共14個(gè)元素，根據(jù)工業(yè)分析和灰成分分析計(jì)算1000kg煤樣中各元素的物質(zhì)的量．假設(shè)所有物質(zhì)為理想純物質(zhì)，總共考慮330組氣相物質(zhì)和590組凝結(jié)相物質(zhì)．

2?結(jié)果與討論

2.1?鈉的賦存形態(tài)

堿金屬鈉的賦存形態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3．由表3可以看到，該準(zhǔn)東煤原煤中鈉的總量為3.405mg/g，有機(jī)鈉、水溶鈉和不可溶鈉分別占總量的25.38%、54.21%和20.41%．一般來(lái)說[4]，煤的孔隙結(jié)構(gòu)越豐富，其內(nèi)水含量越高，從而水溶鈉的含量越多．該準(zhǔn)東煤水分含量高達(dá)13.46%，而且該礦區(qū)由于復(fù)雜地質(zhì)變化導(dǎo)致海水殘留的鹽分被成煤植物大量吸收，故該準(zhǔn)東煤中水溶鈉的含量較高．對(duì)于有機(jī)鈉，大部分為醋酸銨溶鈉，說明該準(zhǔn)東煤中有機(jī)鈉主要以羧酸鹽形態(tài)存在．不可溶鈉主要為硅鋁酸鹽化合物，其含量與該礦區(qū)周圍環(huán)境相關(guān)．由于該準(zhǔn)東煤中的鈉主要以水溶鈉形態(tài)存在，與文獻(xiàn)[12]結(jié)果對(duì)應(yīng)，故一般對(duì)其進(jìn)行洗煤處理可以達(dá)到脫鈉提質(zhì)目的．

表3?準(zhǔn)東煤中不同賦存形態(tài)的鈉

Tab.3 Different occurrence forms of sodium in Zhundong coal

2.2?鈉的蒸發(fā)特性

堿金屬鈉在不同溫度條件下的蒸發(fā)規(guī)律和蒸發(fā)速率如圖2所示．該蒸發(fā)速率曲線是通過在每100℃之間按照Spline法取5點(diǎn)形成曲線，然后對(duì)其進(jìn)行一階求導(dǎo)獲得．

由圖2可以看到，在200～300℃有一小峰，可認(rèn)為是有機(jī)鈉隨揮發(fā)分大分子物質(zhì)析出，析出比例約為7.5%，這與圖3準(zhǔn)東煤DSC曲線揮發(fā)分的初始析出段相對(duì)應(yīng)，此時(shí)析出形式為斷裂的Na離子．在300～400℃可能是有機(jī)鈉和水溶鈉共同析出的過渡階段．在400～700℃之間，Na的析出最快，在峰值點(diǎn)500℃達(dá)到最大析出速率，這與文獻(xiàn)[3]大致符合，其析出比例約為40.25%．這部分析出的鈉可認(rèn)為主要是來(lái)自水溶鈉，水溶鈉在煤顆粒加熱脫水過程中被帶至顆粒表面后以NaCl或者Na離子的形式析出．在800℃處又出現(xiàn)一小峰，可以認(rèn)為是殘余水溶鈉的再釋放過程．當(dāng)達(dá)到1000℃時(shí)，殘余鈉的含量為1.092mg/g，其占比為32%，略大于不可溶鈉的含量，因此可以認(rèn)為在灼燒過程中存在少量水溶鈉向不可溶鈉發(fā)生轉(zhuǎn)化，而在1000℃以后，在灰中最終殘留的鈉主要是以硅鋁酸鹽形式存在的不可溶鈉．

圖2 準(zhǔn)東煤灼燒過程中Na的蒸發(fā)規(guī)律及蒸發(fā)速率

圖3 準(zhǔn)東煤中Na的蒸發(fā)及煤的DSC曲線(400℃之前)

將鈉的析出轉(zhuǎn)化為析出反應(yīng)進(jìn)程隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線，然后根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)相關(guān)概念，可以描述析出率的函數(shù)為

???(2)

???(3)

反應(yīng)函數(shù)可由Arrhenius定律表示：

???(4)

???(5)

然后對(duì)兩邊進(jìn)行求導(dǎo)，經(jīng)整理可得：

???(6)

從圖中可以看出，在250～450℃鈉的析出活化能較低，為(20±10)kJ/mol，近似于一條直線，表明為同一種鈉的析出，蒸發(fā)活性較好，這與有機(jī)鈉的析出段相對(duì)應(yīng)．在450～550℃，有一小峰，在峰值點(diǎn)500℃活化能為55kJ/mol，為有機(jī)鈉和水溶鈉的混合析出階段，反應(yīng)難度增加．而在530～680℃，活化能較低，為10～30kJ/mol，對(duì)應(yīng)水溶鈉在碳粒表面隨水的析出．在700℃以后，活化能大于130kJ/mol，隨著水溶鈉和有機(jī)鈉含量的急劇減少，鈉的析出較為困難.

2.3?鈉的冷凝特性

由于準(zhǔn)東煤中鈉在800℃以前的蒸發(fā)量約占總量的97%，并且屏式過熱器區(qū)域煙溫為700～850℃[8]，高溫過熱器區(qū)域煙溫為650～700℃，故該實(shí)驗(yàn)主要研究鈉在800℃以下的冷凝規(guī)律．根據(jù)熱電偶所測(cè)管內(nèi)軸向溫度分布，選取對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度的高溫、中溫和低溫區(qū)間的銅片進(jìn)行FSEM分析，其溫度范圍分別為(780±10)℃、(670±20)℃以及(320±40)℃，F(xiàn)SEM和能譜分析結(jié)果如圖5所示．在圖5中從(a)到(c)銅片溫度依次降低，可以看到在圖5(a)中銅顆粒較細(xì)并且雜亂無(wú)章，在圖5(b)中銅顆粒變大，顯示一定規(guī)律，在圖5(c)中由于溫度較低銅片受應(yīng)力影響出現(xiàn)裂紋，而銅顆粒變化不太明顯．

圖5?不同溫度區(qū)間的銅片F(xiàn)SEM-EDS圖片

這3個(gè)溫度區(qū)間的銅片的Na和Cl元素的EDS結(jié)果如圖6所示，其對(duì)應(yīng)的Na的摩爾分?jǐn)?shù)分別為0%、0.4%和0.16%，Cl的摩爾分?jǐn)?shù)分別為0%、0.51%和0.21%．由此可見，Na在高溫區(qū)域難以冷凝，主要原因是一些Na的化合物主要蒸發(fā)區(qū)間為600～800℃，而化合物的蒸發(fā)與冷凝溫度存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系；在670℃左右Na的冷凝效果最好；而在遠(yuǎn)端即溫度為320℃左右的區(qū)域，由于煤中Na含量較少，Na的化合物在擴(kuò)散過程中已在中間部位冷凝，所以冷凝的Na含量也較少．這也符合實(shí)際鍋爐水平煙道區(qū)域(屏式過熱器、中高溫再熱器及高溫過熱器)Na冷凝情況偏多而遠(yuǎn)端(低溫過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器)Na含量偏少的情況．此外，在能譜分析中并未檢測(cè)到S的存在，這可能與管式爐無(wú)法模擬復(fù)雜的實(shí)際鍋爐環(huán)境及發(fā)生相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)有關(guān)．通過面掃結(jié)果可以認(rèn)為在800℃以下，Na析出后主要以NaCl的方式冷凝在壁面上[13]．該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)镹a的化合物最佳冷凝溫度區(qū)間提供依據(jù)．

圖6?冷凝的Na、Cl量隨溫度變化曲線

圖7(a)為鈉化合物冷凝的一個(gè)表面微觀形貌圖，該圖中的銅片處于(670±20)℃溫度區(qū)間．1～8點(diǎn)為Na化合物的典型冷凝區(qū)域，其具有分散、成塊的特點(diǎn)．圖7(b)為1點(diǎn)放大圖，根據(jù)圖7(c)的能譜分析，可以看到該點(diǎn)Na的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%，Cl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.27%．相較文獻(xiàn)[8]，它并不是以1～2μm的正方體晶體形式析出，而且部分地方表面輪廓并非棱角分明，而是具有融合成為一體的趨勢(shì)，說明冷凝的Na的化合物具有一定的熔融流動(dòng)性．而Na的冷凝比較容易發(fā)生在表面相對(duì)粗糙的區(qū)域，并且不是呈現(xiàn)均勻分布而是離散分布(可能與表面粗糙度相關(guān))，其Na和Cl質(zhì)量比為2∶1，與文獻(xiàn)[10]冷凝實(shí)驗(yàn)相符合，說明在Na的冷凝化合物中，NaCl占50%，而剩下部分則以Na離子或者其他氧化物形式析出．另外，Na的化合物的流動(dòng)性可以表明其冷凝層能夠形成一個(gè)熔融黏附表面，進(jìn)而捕捉其他飛灰顆粒，最后形成“內(nèi)白層”．該實(shí)驗(yàn)對(duì)于準(zhǔn)東煤中堿金屬鈉的冷凝特性做了初步探索，具有一定的參考意義．

2.4?鈉的遷移模擬

該準(zhǔn)東煤中鈉元素的平衡模擬計(jì)算結(jié)果如圖8所示．從圖中可以看到，固相NaCl在700℃以后下降，到1000℃基本完全蒸發(fā)，而相應(yīng)的Na2Cl2(g)和NaCl(g)開始上升，Na2Cl2(g)在900～1000℃之間向NaCl(g)轉(zhuǎn)變，最后以NaCl(g)形式存在，NaCl(g)的來(lái)源還有Na＋和Cl-蒸發(fā)后的化合反應(yīng)．固相Na2SO4在約1050℃開始下降，Na2SO4(g)開始上升，其來(lái)源可能為少量固相蒸發(fā)和NaOH(g)，Na2O(g)和NaCl(g)在高溫與SO2和O2發(fā)生反應(yīng)．Na2CO3在600℃前分解助熔物Na2O與硅酸鹽反應(yīng)．Na2SiO3在800℃熔化成Na2O·SiO2(l)，它具有較強(qiáng)的助熔性，能與硅鋁酸鹽反應(yīng)在1000℃以上生成NaSiAlO化合物，該化合物是構(gòu)成壁面“內(nèi)白層”強(qiáng)沾附性組成成分之一．NaOH(g)在1100℃以后開始產(chǎn)生，主要為Na2SO4(g)與H2O(g)的反應(yīng)產(chǎn)物．Na(g)也可能是NaOH(g)的分解產(chǎn)物．一般來(lái)說，氯化鈉沸點(diǎn)為1465℃，硫酸鈉的沸點(diǎn)為1404℃，氫氧化鈉的沸點(diǎn)為1388℃，而通過化學(xué)熱力學(xué)計(jì)算可得Na的化合物相關(guān)反應(yīng)提前，與實(shí)際反應(yīng)更加符合，為Na的化合物在600～1600℃蒸發(fā)遷移轉(zhuǎn)化及在受熱面上的冷凝沾污提供了更合理的解釋．

圖7?Na的化合物的典型冷凝區(qū)域分析

圖8?準(zhǔn)東煤中鈉元素的HSC Chemistry計(jì)算結(jié)果

3?結(jié)?論

(1)通過3步萃取實(shí)驗(yàn)可知，該準(zhǔn)東煤中鈉的總量為3.405mg/g，而有機(jī)鈉、水溶鈉和不可溶鈉分別約占總量的25.38%、54.21%和20.41%．

(2)通過鈉的蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)可得，在200～300℃有機(jī)鈉開始隨揮發(fā)分的析出而蒸發(fā)；在400～700℃鈉的析出最快，其活化能為10～30kJ/mol，主要蒸發(fā)形式為水溶鈉；到達(dá)800℃后鈉的蒸發(fā)基本結(jié)束，剩余鈉的含量約為32.1%，其活化能大于200kJ/mol，最終在灰中殘留的鈉主要是以硅鋁酸鹽形式存在的不可溶鈉．

(3)通過鈉的冷凝實(shí)驗(yàn)可得，鈉的化合物在?(670±20)℃溫度區(qū)間冷凝效果最好，而且冷凝更易發(fā)生在粗糙表面，較為分散，冷凝物形態(tài)呈塊狀，通過SEM觀察到Na和Cl質(zhì)量比為2∶1，其冷凝物的流動(dòng)性也為“內(nèi)白層”的形成(強(qiáng)沾污性)提供基礎(chǔ)．

(4)通過鈉的化學(xué)熱力學(xué)模擬結(jié)果可得，準(zhǔn)東煤中鈉在600～1600℃區(qū)間的熱力學(xué)平衡系統(tǒng)中的主要反應(yīng)為NaCl、Na2SO4、NaOH和Na2O·SiO2等的固、液、氣3相之間的轉(zhuǎn)化．

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Occurrence Form of Sodium in Zhundong Coal and Its Evaporation and Condensation Characteristics

Lei Yuting1, 2，F(xiàn)u Peifang1，Tang Shi1, 2，Yue Fang1，Bie Kang1，Liu Yang1

(1. State Key Laboratory of Coal Combustion，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China； 2. China-EU Institute for Clean and Renewable Energy，Huazhong University of Science and Technology， Wuhan 430074，China)

Due to the high content of sodium in Zhundong coal from Xinjiang，serious slagging and fouling problems may be encountered during the combustion process．The occurrence form of sodium in Zhundong coal was investigated via a three-step extraction experiment．The sodium content of Zhundong coal ash under different combustion temperatures was studied by an evaporation experiment，and the release characteristics of sodium were analyzed．The optimal condensation temperature range of sodium was measured by a condensation experiment，and the condensate morphology was analyzed．Finally，the chemical reactions of sodium were simulated by chemical thermodynamic equilibrium calculations．The results showed that sodium in Zhundong coal mainly presented in the form of water-soluble sodium．At 400—700℃，sodium evaporated fastest，which was mainly in the release process of water-soluble sodium．The optimum sodium condensation temperature range was (670±20)℃，and the condensation zone showed the characteristics of lump and fluid with disperse distribution．The main chemical reactions of sodium in coal involved the transformations of NaCl，Na2O·SiO2，Na2SO4and NaOH between the solid，liquid and gas phases．

Zhundong coal；occurrence form of sodium；evaporation and condensation of sodium；chemical thermodynamic equilibrium calculation

TK16

A

1006-8740(2019)02-0124-07

2018-07-23．

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51576082)．

雷宇霆（1993—??），男，碩士研究生，lei_yuting@hust.edu.cn．

傅培舫，男，博士，教授，pffu@hust.edu.cn．

10.11715/rskxjs.R201807004