高炉喷吹废塑料与兰炭混合燃烧及动力学

为了明确废塑料对兰炭燃烧的影响，采用热重分析法研究了废塑料、兰炭混合物的燃烧行为，结合TG和DTG曲线变化，基于燃烧特性值分析，探讨了废塑料、兰炭混合物燃烧机理，并对混合物燃烧过程进行了动力学分析，计算了燃烧动力学参数。结果表明，废塑料和兰炭相比，具有较低的燃烧特征温度和较大的燃烧速率，配加废塑料可以增大兰炭的综合燃烧特性指数（S）和可燃性指数（C）。燃烧过程分为挥发分燃烧阶段、固定碳燃烧阶段2个部分。双重平行反应n阶速率模型较好地模拟了废塑料、兰炭混合物的燃烧过程，且第1阶段的活化能高于第2阶段。同时，随着废塑料质量分数的增加，2个阶段活化能E均呈现先减小后增加的趋势，而指前因子k变化规律相反，两者具有明显的动力学补偿效应。     

高炉喷吹兰炭的最佳配比

 为探究高炉喷吹兰炭的最佳配比,使用TG-DTG热分析技术研究了百善无烟煤、神华烟煤和兰炭组成混煤的燃烧特性。结果表明,混煤中兰炭配比量增加可以降低煤粉的着火温度与燃尽温度,缩短燃烧时间,提高综合燃烧特性指数,改善混煤燃烧性;升温速率增大,混煤反应速率峰值升高,综合燃烧特性指数升高,混煤燃烧性得到优化。使用KAS等转化率法分析了不同混煤方案的燃烧过程动力学,当兰炭配比量由0增加至40%时,活化能分别为115.25、113.03、112.22、108.20 和104.53 kJ/mol,兰炭的加入可以降低混煤的表观活化能。     

煤粉与半焦的混合燃烧特性及动力学分析

为探究煤粉添加半焦后混合燃料的燃烧性能,通过热重分析研究煤、半焦及其混合物的燃烧过程,得到燃烧特性参数.由于不同温度区间的燃烧反应机理不同,利用分段法对燃烧过程进行动力学分析,对燃烧反应的前、后期分别使用缩核反应模型和缩核内扩散模型进行模拟,从而得到动力学参数.结果显示,随着混合燃料中半焦含量增加,其可燃性指数和燃烧特性指数都减少,燃烧前期活化能由76.79kJ·mol-1增加到92.75kj·mol-1,后期活化能由102.62kJ·mol-1增加到107.94kJ·mol-1.说明半焦的添加会降低混合燃料的燃烧性能.对比不同半焦含量的混合燃料的燃烧特性参数和动力学参数,半焦的质量分数应控制在15%以内最适宜.      

松木焦与无烟煤混燃特性及反应动力学

利用非等温热重法研究了松木焦、高炉喷吹用无烟煤及不同比例松木焦和煤粉混合试样的燃烧特性,对不同比例松木焦混合试样着火温度、燃尽温度和综合燃烧特性指数等燃烧特征参数进行了研究.并利用Coats-Redfern模型对混料主要燃烧过程进行动力学特性研究和燃烧限制性环节分析.结果表明,松木焦的加入对无烟煤的燃烧产生明显的促进作用.混料的燃烧过程主要分为2个阶段,分别为挥发分析出燃烧和焦燃烧阶段.当松木焦的质量分数由30％增至80％时,混料主要燃烧过程的2个阶段平均表观活化能分别由50.77 kJ/mol降至47.27 kJ/mol和74.45 kJ/mol降至23.30 kJ/mol.这2个阶段分别为一级化学反应控制和扩散动力学控制.     

粒径对煤粉燃烧特性的影响及动力学分析

利用TG-DTG热分析技术研究粒径对煤粉燃烧特性的影响。结果表明：随着煤粉粒径的减小,煤粉着火温度和燃尽温度降低,最大燃烧速率和平均燃烧速率增加,可燃指数和综合燃烧特性指数提高,粒径减小可以有效改善煤粉的燃烧性能;对比粒径对不同煤质燃烧性能的影响发现,减小粒径对无烟煤燃烧性能的改善更具积极意义。利用Coats-Redfern积分法分析了粒径对煤粉燃烧过程的动力学参数的影响,计算结果表明：随着煤粉粒径的减小,煤粉燃烧反应的表观活化能降低,指前因子增加。     

生物质焦与煤混合燃烧特性及动力学分析

利用热重分析天平,采用非等温燃烧的方法对生物质热解产物——生物质焦与两种无烟煤混合试样的燃烧特性及其反应动力学参数进行了实验研究,考察了不同配比的混合试样的着火温度、燃烧速率最大时温度、燃尽温度和最大燃烧速率等燃烧特征参数,求出了反应的动力学参数活化能E_a和指前因子A.结果表明:活化能和指前因子均随混煤中生物质焦比例的增加而降低,存在动力学补偿效应;煤中掺入生物质焦后,试样燃烧的第一阶段和第二阶段的活化能分别呈现出"U形"曲线和"阶梯形"曲线的规律,且对混合燃料热解过程的作用要优于对固定碳燃烧过程的作用;活化能的计算表明生物质焦的存在有助于改善煤的着火性能,对煤的燃烧有催化促进作用.      

兰炭对高炉混煤喷吹特性的影响

采用WCT-2C型微机差热天平、灰熔点测定仪、BT-1000粉体综合特性测试仪和可磨性测试仪,研究了兰炭配加质量分数为0、30%、40%、50%和100%时对无烟煤燃烧性、反应性、灰融性、流动性和可磨性的影响。结果表明,兰炭可以改善无烟煤的喷吹特性。随着兰炭含量的增加,煤粉着火温度及燃尽温度降低,燃烧时间缩短,综合燃烧指数明显提高,燃烧特性得到改善,煤粉的反应性增强,灰熔融性温度和可磨性指数均降低。兰炭的加入对煤粉的流动性(混煤流动性指数和喷流性指数)影响不明显。而且兰炭配加质量分数不超过40%时,混煤可以满足高炉喷吹条件。     

Fe2O3催化煤粉燃烧的动力学

采用WCT-2C型微机热重分析天平以及非等温燃烧的方法对汉阳煤的燃烧特性及其反应动力学参数进行详细分析.研究了不同Fe2O3配比对试样的着火温度、燃烧速率最大时温度、燃尽温度和最大燃烧速率等的影响,计算出煤粉燃烧反应的动力学参数活化能Ea.试验结果表明:试样燃烧的的活化能呈现“V”形,Fe2 O3配比为3％(质量分数,下同)时催化作用最明显,超过3％后随着配比的增加催化作用减弱.     

高炉喷吹固体燃料燃烧特性及动力学研究

高炉喷吹煤粉技术是降低炼铁能耗，减少污染物和CO₂排放量的主要技术措施，目前国内高炉喷吹煤粉的种类以烟煤(YM)和无烟煤(WYM)为主，随着钢铁企业降本增效工作的持续开展，兰炭(LT)和焦化除尘灰(CDQ)也开始应用于高炉喷吹生产。利用程序升温热重法研究了YM、LT、WYM和CDQ四种样品的燃烧特性，系统分析了影响燃烧性能的关键物化特征参数，并利用收缩未反应核模型(GM)、体积模型(VM)和随机孔模型(RPM)分析了不同样品的燃烧动力学行为。结果表明，YM的燃烧性能最好，LT的燃烧性能次之，CDQ的燃烧性能最差，影响燃烧性能的关键因素为固体燃料的碳微晶结构。动力学分析表明，GM、VM和RPM三种模型在描述不同样品燃烧动力学时都具有较好的效果，其中RPM模型在表征LT、WYM和CDQ三个样品的燃烧动力学行为时效果最佳，利用RPM模型计算LT、WYM和CDQ的活化能分别为105.7、115.8和145.5 kJ/mol; YM燃烧过程使用GM模型表征的效果最优，利用GM模型计算YM燃烧活化能为134.9 kJ/mol。     

炼铁过程富氧及混煤对燃料燃烧性能的影响

 高炉喷吹用燃料的燃烧性能对于高炉冶炼过程来说是非常重要的,使用燃烧性能较好的高炉喷吹燃料更有利于提高煤比、降低焦比,从而降低高炉冶炼成本。为响应节能减排政策,对一些钢铁企业采取了煤粉的限制采购和使用等措施,使得兰炭成为高炉喷吹用燃料的有效替代品。通过工业分析、元素分析和热重分析试验比较了烟煤、无烟煤和兰炭3种高炉喷吹燃料的差异,并研究了不同混合方案以及不同富氧率条件下兰炭燃烧性能的变化。研究结果表明,燃料的综合燃烧特性与其初始燃烧温度、最终燃烧温度和燃烧反应时间均有一定的相关性。3种燃料中,烟煤的综合燃烧特性最好,无烟煤次之,兰炭的综合燃烧特性最弱。为了提高兰炭的燃烧特性,对兰炭和烟煤进行混合燃烧试验,发现随着混合燃料中烟煤含量的增加,混合燃料的综合燃烧特性参数呈现出逐渐增加的趋势,并且在兰炭和烟煤的混合燃烧试验中发现存在协同效应。在研究富氧率对兰炭燃烧性能影响时发现,随着富氧率的增加,兰炭的燃烧性也呈现出逐渐增加的趋势,但是增加的幅度较小。当富氧率由0增加至20%时,兰炭的综合燃烧特性参数从4.53×10-14增加至6.05×10-14 min-2·℃-3。综上所述,烟煤的添加以及富氧率的提高均对兰炭的燃烧性能有明显的改善效果。     

在高炉喷吹不同比例废塑料颗粒与煤粉混合物燃烧性能的研究

运用系统分析的方法,对不同比例混合以及不同粒径大小的废塑料和煤粉混合物在高炉喷吹条件下的燃烧性能进行了对比研究。探明了混合物在炉腔内燃烧时的脱挥发分析出情况以及燃烧率的影响因素。分析结果表明,混合物中废塑料的添加比例和粒径的大小均是影响混合物燃烧性能的主要因素,从喷吹单一煤粉到喷吹废塑料与煤粉的比例达到5:5时,混合物的燃烧率从3.5%提高到35.5%。混合物的粒径大小从135~150μm变为30~50μm时,燃烧速率快了将近15%。     

不同种类生物质的燃烧特性分析

通过热重分析方法研究了不同种类的生物质在不同燃烧条件下的燃烧过程及其动力学特性。在升温速率分别为20、30和40℃/min,加热终温900℃的条件下,得到了不同种类的生物质燃烧的TG、DSC曲线,研究了加热速率和含氧量对燃烧过程的影响,建立了生物质燃烧的反应动力学方程,由Coats-Redfern积分法得到了生物质燃烧动力学参数,分析了不同试样的活化能和频率因子。     

CeO2及其复合催化剂对煤粉燃烧效率的影响

 利用热重分析法研究了稀土氧化物CeO2和其复合催化剂对煤粉燃烧特性的影响。研究了稀土氧化物及其复合催化剂的添加量、配比对煤粉燃烧特性的影响。结果表明：CeO2可以促进烟煤挥发分析出和燃烧,改善其燃烧性能,CeO2添加质量分数为4%时其催化效果最为显著;不同催化剂对无烟煤燃烧的催化效果各异,MnO2有利于挥发分析出,而CeO2促进了残碳的燃烧,其催化作用不同于烟煤;Ce-Fe-Mn系复合催化剂催化效果优于单组分催化剂,其中CeFeMn(3∶1∶1)的催化效果最佳。利用Coats-Redfern动力学模型分析了煤粉燃烧活化能、指前因子等动力学参数,添加CeFeMn(3∶1∶1)的煤粉反应速率常数较大,催化效果显著。     

兰炭与烟煤混合燃烧特性及机制分析

试验研究表明,烟煤M的燃烧性要好于兰炭XJ,兰炭XJ燃烧后期燃烧速度变慢。随着烟煤M配比量的增加,混煤的燃烧性逐渐变好。烟煤M对改善混煤的可燃性具有重要作用,当烟煤配比量超过20%时,能显著提高混煤的综合燃烧特性指数。研究结果表明,兰炭XJ与烟煤M在成分、微观结构及化学结构上具有显著的差异性,这是导致烟煤M燃烧性好于兰炭XJ的本质原因。     

轧钢油泥与生物质共热解特性

为探究轧钢油泥与生物质混合共热解处理工艺，本文利用热重分析仪在N₂气氛下对轧钢油泥、生物质(玉米秸秆、稻草秸秆)单独热解并对3种不同混合配比的轧钢油泥与生物质混合进行试验研究，讨论上述混合物的协同热解特性；同时，在不同升温速率(β)条件下，采用Friedman-Reich-Levi法对混合热解过程进行动力学分析，得到动力学参数。结果表明：轧钢油泥的热解过程主要为水分析出、油分分解、铁氧化物还原3个主要阶段，生物质的热解主要失重阶段为挥发分析出；玉米秸秆、稻草秸秆与轧钢油泥共热解协同作用与生物质种类和混合比有关，当生物质混合比为70%时促进作用更明显，稻草秸秆对轧钢油泥的促进作用优于玉米秸秆；两种生物质与轧钢油泥共热解的活化能出现随转化率的增加先升高后降低的趋势，在转化率为0.6或0.7时达到最大活化能，为52.45～80.02 kJ/mol。     

高炉喷吹废塑料燃烧动力学研究

为了提供高炉喷吹废塑料新技术工业化应用的理论依据，通过对其动力学参数的求解，研究了高炉喷吹废塑料的燃烧动力学，得出了该燃烧反应是一级反应，且在温度为200℃、塑料配比为20％～25％时活化能最低、燃烧阻力小的结论。     

煤粉富氧燃烧特性及动力学分析

 利用热分析法研究了富氧条件下高炉喷吹煤粉的燃烧特性。结果表明,富氧气氛可以改善煤粉燃烧特性,使煤粉着火点、失重峰提前,失重峰值增大,燃尽温度降低,综合燃烧特性指数明显提高,燃烧特性得到改善。当氧的体积分数小于40%时,煤粉燃烧特性改善幅度较大;氧的体积分数大于40%时,煤粉燃烧特性改善趋势变缓。同时采用非等温模型Flynn-Wall-Ozawa(FWO)对富氧之后煤粉燃烧过程进行动力学分析,当氧的体积分数由21%增加到100%,煤粉燃烧活化能从95. 15kJ·mol-1增加到169. 99kJ·mol-1。     

回转窑内废塑料/煤粉混喷模拟实验研究

采用卧式燃烧系统模拟回转窑喷吹混合燃料的燃烧过程,研究了回转窑中塑料和煤粉混合飞行燃烧过程的行为和机理。热重分析表明:煤粉与三种塑料(PE、EVA、ABS)的燃烧和着火特性指数相差一个数量级,其中PE的燃烧特性指数和着火特性指数最高,煤粉最低。煤粉中添加塑料,在卧式燃烧炉内进行混合喷吹燃烧试验,并对炉内温度场、燃烧尾气成分进行分析,结果表明:当煤粉中添加10%~20%塑料时,炉内最高温度区域移向燃料进口,塑料能够促进煤粉燃烧,提高其燃烧率;当添加的塑料超过20%时,最高温度区域向尾气出口处迁移,炉内温度明显降低,废塑料对煤粉燃烧产生抑制作用,降低了煤粉的燃烧率;随着煤粉中塑料添加比例从10%增加到30%,混合燃料燃烧产生的尾气中CO浓度不断增加,CO2、NOx和SO2的浓度则不断下降。     

水泥浆体的热分析动力学

以差示扫描量热法为手段,进行了水化硅酸盐水泥浆体热分析动力学的研究.采用Kim-Park,Flynn-Wall-Ozawa和Friedman法计算了升温过程水泥浆体各阶段吸热反应活化能和反应级数.结果表明:升温过程中水泥浆体呈现3个吸热反应阶段,随温度升高各反应阶段活化能逐渐升高;Kim-Park,Flynn-Wall-Ozawa和Friedman三种方法较好地分析了前2个反应阶段的反应活化能和反应级数,第一阶段的反应活化能小于第二阶段,但反应级数n却大于后者;对于前2个吸热反应阶段,Kim-Park和Flynn-Wall-Ozawa均能较好地进行动力学分析,但Friedman法对于第三阶段即C-S-H发生脱水过程的反应活化能计算误差较大.     

废塑料与煤粉的热解特性对比及动力学研究

 采用热重分析法(TGA)研究了城市固体垃圾中的4种常见废弃塑料——废弃聚乙烯农膜(PE)、废弃聚苯乙烯泡沫塑料(PS)、废弃聚丙烯编织袋(PP)、丢弃的聚对苯二甲酸乙二醇酯饮料瓶(PET)和高炉喷吹用煤粉的热解特性，并计算出它们各自的热解动力学参数。结果表明：废塑料和煤粉的热裂解都属于一级反应，但是煤粉裂解温度远高于废塑料，而裂解量却远小于废塑料，在高炉高温条件下，废塑料将具有比煤粉更好的燃烧特性。