近日，我室“含碳基质高温气化”创新团队在化学工程领域顶级期刊Chemical Engineering Science发表了题为“Simulation and experimental study on the effect of iron on the structure and flow properties of coal ash slag”的研究论文，报道了微观结构对熔渣流动行为的影响，并根据熔渣结构演变对熔渣粘温特性进行了关联和预测。
熔渣的流动性是影响工业气化炉稳定运行的重要参数。该项成果基于模拟计算和实验方法从熔渣中程结构角度出发探究了铁元素对煤灰渣流动行为的影响。在熔渣微观结构中，[SiO4]4-和[AlO4]5-四面体阴离子基团通过氧原子相互连接形成具有高聚合度的多元环，主要分布于14-18元环。在复杂的多元环结构的影响下，内摩擦力增加，熔渣在宏观上表现出较大的粘度。在弱还原气氛下，作为网络修正离子的Fe2+可以取代多元环中的Si4+和Al3+并与O2-结合，这将导致大量高聚合度的多元环结构被不断解聚为聚合度低的低元环结构，主要分布于4-8元环。这一结果简化了熔渣结构，降低了内摩擦力，并改善了熔渣流动性。最后，定义了环分布系数(Rdc)并与熔渣的流动行为建立了一定的关系。该研究工作旨在从中程结构演变角度揭示熔渣的流动机理，为工业气化炉的稳定排渣和高效气化提供理论依据。
论文第一作者为我室博士研究生张林民，通讯作者为宋旭东副研究员和于广锁教授。该研究工作得到宁夏回族自治区自然科学基金、国家自然科学基金和国家能源集团宁夏煤业有限责任公司委托项目等的支持。
全文连接：https://doi.org/10.1016/j.ces.2023.118642
