非牛顿气化熔渣析晶过程TTT和CCT曲线构建及动力学研究

液态排渣气化炉内熔渣沿水冷壁或耐火砖的流动特性对于气化炉的安全稳定至关重要。采用动力学的方法对固液共存的熔融灰渣结晶过程进行研究，揭示非牛顿熔渣的结晶机理，对调整灰渣熔点、改善粘温曲线和流动特性具有重要意义。本项目采用高温热台显微镜结合XRD、SEM在微观角度连续观测记录熔渣冷却析晶过程中晶体形貌、生长速率、粒径分布等，构建时间-温度-转变（TTT）和连续-冷却-转变（CCT）曲线；利用差热分析（DSC/DTA）法从动力学的角度对熔渣结晶现象进行阐述，获得熔渣结晶的活化能E、频率因子k及Avrami指数，获得晶体形貌、生长速率和维度的理论解释；利用FactSage计算结果与实验结果的比对，获知结晶过程偏离平衡态的程度，完善CCT和TTT曲线。在实验研究和模型计算的基础上，掌握灰渣成分、冷却速率等对灰渣熔点、粘温特性、结晶过程的影响规律，最终应用到气化炉的熔渣流动和传热模型研究中。

气流床气化炉内液态熔渣沿水冷壁或耐火砖的流动特性对气化炉的安全稳定运行具有重要意义。渣层在沿炉壁流动的过程中，可能发生结晶现象，这对渣层的粘度和导热有重要影响。本项目从熔渣结晶的角度，采用五种氧化物组分（Si-Al-Ca-Fe-Mg）模拟煤灰渣，利用差热扫描量热仪（DSC）、单热偶高温在线观察系统（SHTT）、FactSage热力学软件、高温淬冷炉、X－射线衍射（XRD）等对非牛顿型模拟煤灰渣和实际煤灰在不同温度、冷却速率条件下的结晶过程及动力学进行研究，构建了不同熔渣的时间-温度-转变曲线（TTT）和连续-冷却-转变曲线（CCT），揭示了非牛顿熔渣内晶体在非等温和等温条件下的成核和生长的结晶机理，阐释了不同组分对结晶动力学的影响，并建立了煤灰熔渣结晶预测模型，通过组分比例对结晶温度和结晶倾向进行预测，从而实现对工程上气化熔渣的粘度突变行为进行预测。从机理上了解煤灰熔渣的结晶动力学不仅有助于了解灰渣高温下的熔融、凝固、流动等行为，而且能够对配煤、添加剂等工程改善方法进一步认识。结晶模型的研究结果将直接用于非牛顿熔渣粘温特性和传热模型的研究，为气化炉内非牛顿熔渣的建模提供理论和数据支持。