工业炉条件下石灰石分解特性的数值研究

在石灰石悬浮态分解数学模型的基础上,结合水泥工业预分解炉的实际情况,系统分析了温度、CO2 含量、粒径和气流速度等因素对石灰石分解的影响。计算结果表明,对于粒径小于70 μm的颗粒,其反应过程受化学反应控制,随着粒径的进一步增大,传质因素的影响逐渐变得严重。温度是分解的首要影响因素,CO2含量和颗粒粒径的影响随着温度的升高迅速减弱,气流速度对分解的影响则可以忽略。分解反应后期进行缓慢,在低温(T<900℃)下,入窑分解率一般控制在85%左右较为合适。这些结论对工业分解炉的设计和操作有一定的指导意义。本文推导出的公式可以计算各种条件下石灰石的分解时间。     

石灰石分解反应的等温热重法研究

利用等温热重法结合多因素方差分析,研究温度、CO2浓度、升温速率、颗粒尺寸四种因素对石灰石分解的影响.研究表明,温度和环境中的CO2浓度是影响石灰石分解反应时间的主要因素,与其二者相比,升温速率和颗粒尺寸的影响则可忽略不计；随着温度的升高,CO2对反应时间的延长效应逐渐减弱,950℃时,20％浓度外输CO2气氛下石灰石的分解反应时间与0％浓度外输CO2气氛下几乎相等；升温速率和颗粒尺寸的影响作用主要表现在对分解前诱导时间的影响.     

高二氧化碳浓度下石灰石的热分解反应动力学

用热重分析仪,在升温速率5～20K/min范围内,研究CO2浓度对石灰石热分解反应动力学参数的影响及高CO2浓度气氛下两种化学成分与矿物组成不同的石灰石的热分解反应动力学。采用改进的双外推法计算这两种石灰石的热分解反应动力学参数。结果表明:石灰石热分解反应的活化能与气氛中的CO2浓度呈指数增加关系;在高CO2浓度气氛条件下石灰石的热分解过程机理模型为随机成核和随后生长模型,得到了反应机理函数,CO2浓度不同,反应级数不同,反应级数的变化范围为2/5～2/3;CO2浓度越高,石灰石热分解的活化能越高,反应级数越大;在相同CO2浓度气氛条件下,石灰石中含有一定量白云石有助于其分解反应的进行。     

Na2CO3调质后对石灰石热分解的影响研究

通过显微镜观察、热质量分析探讨了Na2CO3调质后对石灰石热分解的影响.通过偏光显微镜观察发现:Na2CO3使石灰石表面产生熔蚀,Na 容易进入石灰石晶格内部,形成杂质缺陷,加快了石灰石的分解,增加了新生矿物的生成量及其粒度,其最佳用量为2.0%Na2CO3/石灰石(质量配比),浸泡时间24 h.热质量实验计算出来的动力学参数也表明:调质石灰石的分解速率约为未调质石灰石的1.5倍.     

高压低温下H2O-H2O2-CO2三元体系CO2气体水合物的分解动力学

研究了非纯水体系H2O-H2O2-CO2中CO2气体水合物分解的动力学,测定了高压低温条件下CO2气体水合物分解过程的液相组成. 依据实验数据建立了CO2气体水合物分解动力学模型,模型计算值与实验值吻合良好. 确定了3个温度下气体水合物分解的速率常数,计算得出CO2气体水合物分解的活化能为97.17 kJ/mol.     

转炉高温烟气中石灰石粉的分解特性研究

鉴于石灰窑煅烧石灰石工艺存在能耗大、成本高等问题，探讨利用转炉汽化冷却烟道内高温烟气余热分解石灰石粉的可行性。通过热重分析实验和管式炉实验研究了在转炉高温烟气环境下石灰石粉的分解特性及温度、时间、气氛和烟尘等影响因素对其特性的影响。结果表明：烟气中CO₂会抑制CaCO₃的分解，提高了起始分解温度，但随着温度的升高，反应速率加快，分解率增大，反应时间相应缩短；烟尘中的主要成分FeO和Fe₂O₃能够促进CaCO₃的分解；CaCO₃晶粒分解成CaO晶粒，CO₂气体被释放，晶粒表面孔隙明显增多，从而使活性增大。实验结果初步验证了利用转炉高温烟气余热分解石灰石粉具有一定的可行性。     

石灰石分解特性的热重法研究

利用NETZSCH-409C型差示扫描量热仪对湖北、山西地区6种石灰石的热分解特性进行了实验研究．结果表明,升温速度快时,石灰石的分解速度也快;石灰石的颗粒越细,分解速度越快;石灰石在模拟空气气氛中的分解速度比在氮气中分解速度稍快;含有碳酸镁的石灰石分解速度比不合碳酸镁的石灰石分解速度快．研究同时发现,用740℃的失重速率来表征石灰石分解的难易程度,结果不受外因影响．     

粒度对石灰石热解速率的影响

碳酸盐是水泥生料配制的主要组份,是预热预分解技术的主要研究对象。众所周知石灰石的粒度是影响热解速率的主要因素,但缺乏这方面的基础工作的仔细研究。本文利用热天平对不同粒度范围的单级石灰石在离散态进行动态热重试验,观察其热解行为,利用实验求得的动力学参数寻找出计算水泥生料热解时的分解率和分解时间的解析式。     

石灰石活化分解的研究

以某水泥厂不同产地（A矿山石灰石和B矿山石灰石）的石灰石为原料，用XRD、TG-DTA测试方法对其相关特性进行了分析；并运用石灰石分解的相边界反应收缩圆柱体反应机理，对其进行了石灰石分解活化能计算分析。结果显示A矿山石灰石较B矿山石灰石的活化能低、易分解。     

分解炉空气分级燃烧及NOx排放特性研究

随着我国经济的飞速发展,作为重要基础材料的水泥产品需求量极大且趋于稳定。水泥生产过程中的NOx排放与燃煤火电厂和汽车尾气产生的NOx排放已成为空气污染的主要来源,而分解炉是降低水泥生产工艺中NOx排放的有效设备。笔者在引入高温烟气的模拟分解炉内进行空气分级燃烧试验,研究配风位置、配风比例以及石灰石/煤比例对分解炉内燃烧和NOx排放特性的影响规律。试验稳定过程中,高温烟气发生装置的给煤量和配风量保持不变。此时,高温烟气发生装置的时间平均温度为911℃,其产生的高温烟气温度稳定在750℃左右,高温烟气中NOx主要以NO和N2O的形式存在,其浓度分别为261.49×10^-6和12.96×10^-6。该股高温烟气将模拟实际回转窑产生的烟气进入分解炉内。在分解炉的上部区域(距离顶部0~2 000 mm区域)的温度为800~1 000℃,与实际分解炉运行温度一致,排放烟气中NOx主要以NO和N2O形式存在。随着中间配风位置的下移,煤粉燃烧放热区域下移,而顶部区域的石灰石吸热量变化较小,则原有热量平衡被打破且原有吸热量高于现有放热量,导致顶部区域内燃烧温度降低。此时,还原气氛中煤粉燃烧和石灰石分解反应时间均变长,导致NOx的还原反应更加充分。但石灰石分解产生的氧化钙(CaO)作为中间产物会促进NO的生成反应,其反应时间增加也促进了NO的生成;另一方面,石灰石作为催化剂参与焦炭和挥发分还原NO的反应过程,分解炉顶部区域的温度下降使得该还原反应变弱。综上,NO的最终排放浓度是以上反应的综合结果。随着配风位置的下移,该变化对NO的生成作用更加明显,故NO的排放浓度逐渐升高。当一级风量与二级风量的配风比例降低时,分解炉上部区域的煤粉燃烧份额减少和石灰石分解量降低,而分解炉下部区域的煤粉燃烧份额增加和未分解的石灰石份额增加,但石灰石的吸热增加量高于燃烧增加份额的放热量,因此分解炉内整体温度均降低。分解炉内NO浓度是由石灰石催化的氧化过程和还原过程综合决定的。一级风量变小时,尾部CO浓度随之增加,烟气中NO浓度呈现降低的趋势。当石灰石/煤比例增加时,分解炉内沿程温度逐渐下降。随着石灰石给粉量增加,分解炉内石灰石受热分解产生的CaO浓度增加,CaO催化NO还原反应更剧烈,从而NO浓度逐渐降低。而石灰石给粉量增加和分解炉温度降低的过程导致尾部的CO浓度升高。     

Deintercalation of carbonate ions from carbonate-type layered double hydroxides (LDHs) using acid-alcohol mixed solutions

Because of the high affinity of carbonate ions (CO₃²⁻) for LDHs (layered double hydroxides), their decarbonation—deintercalation of carbonate ions and conversion into LDHs containing other anions—has been considered difficult. So far, dilute acids have been used for decarbonation with additional salt to enhance the reaction. We found that the acid resistance of the LDHs is much higher in alcohols such as methanol and ethanol than in water, and complete decarbonation was attained, yielding LDHs containing the conjugated base anions of the acids used for the decarbonation. The carbonate ions were very rapidly deintercalated (0.5-1 h) from the CO₃²⁻LDHs at room temperature (15-25 °C) without any weight loss or any appreciable selective dissolution of the metal components of the LDH layer. In contrast to decarbonation in water, for which an additional supply of anions from a neutral salt is needed, when using an acid-alcohol mixed solution, decarbonation proceeded almost quantitatively, and any additional salts were not required. Use of other polar organic solvents such as acetone, THF (tetrahydrofuran), led to similar quantitative decarbonation, but acid resistance of LDHs was less in these solvents than in alcohols.     

CO2对石灰石脱硫剂的活化作用

在间歇式鼓泡反应器的烟气脱硫实验装置中,研究了CO2气体活化处理对石灰石脱硫剂浆液烟气脱硫效率的影响. 依据脱硫过程中石灰石脱硫剂浆液pH值随脱硫反应时间的变化规律,初步分析了CO2对石灰石脱硫剂的活化作用及活化后石灰石脱硫剂的烟气脱硫过程机理. 结果表明,CO2气体的活化处理促进了石灰石在水溶液中的溶解,进而改善了石灰石脱硫剂浆液的烟气脱硫反应活性,使处理后的石灰石脱硫剂浆液的烟气脱硫效率和脱硫剂的利用率提高. 基于流化床反应器连续过程的实验结果,证实了CO2对石灰石脱硫剂的活化作用. 为提高石灰石在烟气脱硫中的反应活性提供了一种新的工艺,可用于烟气脱硫中对石灰石脱硫剂浆液的活化.     

碳酸丙烯酯脱碳装置技术改造小结

在碳丙脱碳装置中增加了贫液氨冷器 ,改造了碳丙泵 ,增设了变换气氨冷器 ,从而提高了碳丙脱碳装置的吸收和再生效果     

石灰石在二氧化碳与空气混合气氛下的分解动力学

采用热重-差式扫描量热分析（TG-DSC）,分别在空气气氛和81%空气-19%二氧化碳混合气氛下,对 4种不同品质的石灰石进行热分解特性研究。结果表明,在空气气氛中,石灰石分解遵循相边界一维反应模型,即 G（α）=α;在81%空气-19%二氧化碳气氛中,石灰石分解遵循随机成核和随后生长模型,即G（α）=-ln（1-α）。在81%空气-19%二氧化碳气氛中,较高的二氧化碳分压延迟了碳酸钙的分解,使得石灰石分解的开始温度比空气气氛中高200 ℃左右,分解活化能约为空气气氛的3倍,且粒径大到一定程度后活化能变小。碳酸镁的存在可以促进碳酸钙的分解。在81%空气-19%二氧化碳气氛下,适宜的石灰石粒度为小于0.105 mm,适宜的分解控制温度为890 ℃。     

一种新型的撞击流吸收器的设计研究

利用撞击流和平推流的优点,开发出一种新型的撞击流吸收器。对该吸收器进行了停留时间分布实验研究。利用清水吸收空气中CO2,对该吸收器的吸收性能进行了研究,实验结果表明,“全混流 平推流”流动特点的撞击流吸收器的吸收率明显高于鼓泡式吸收器,具有一定的推广与应有价值。     

燃煤固硫中石灰石直接硫化反应机理的研究进展

在压力比较高的增压流化床（PFBC）和O2／CO2燃烧方式中，由于压力增大，石灰石煅烧分解受到抑制，甚至不发生煅烧分解，CaCO3和S02直接进行硫化反应。笔者对石灰石直接硫化的反应机理进行综述，同时也综述了温度、CO2分压、O2分压及SO2浓度等因素对石灰石直接硫化速率的影响。这将对开发新的工艺技术具有重要意义。     

O2/CO2气氛下煤燃烧SO2/NO析出特性

在水平管式炉上研究了O₂浓度、CO₂浓度、温度及石灰石添加等各参数对O₂/CO₂气氛下徐州烟煤和龙岩无烟煤燃烧过程中SO₂/NO排放特性的影响。结果发现,O₂/CO₂气氛下,烟煤和无烟煤燃烧SO₂/NO的析出规律与空气气氛下不同,同等O₂浓度下析出量比空气气氛下小。O₂/CO₂气氛下,随着O₂浓度的提高,烟煤和无烟煤SO₂/NO排放量均增大;随着CO₂浓度的升高, SO₂/NO排放量均减小。O₂/CO₂气氛下,石灰石添加对SO₂排放的抑制作用低于空气气氛下;石灰石添加对NO的排放有一定减排作用。对煤灰的元素分析显示O₂/CO₂燃烧对SO₂的抑制主要是由于煤灰的自固硫能力增强,而对NO的减排作用则是促进燃料N向其他含N气体的转换。     

造气工艺指标的研究

对造气生产中吹风时间、吹蒸气的压力和时间、上下行煤气温度、半水煤气中CO2含量等项工艺指标进行了分析和研究,并简述了工艺指标管理工作的要领。     

Experimental and numerical study of the airflow distribution in mixed-flow grain dryers

The aim of this study was to investigate the airflow distribution in a mixed-flow dryer (MFD) and to study the effect of different bed materials and air duct arrangements. The results were used to validate the numerical model developed in a previous work based on Computational Fluid Dynamics (CFD). A series of experiments have been conducted at a semi-technical MFD test dryer with horizontal and diagonal air duct arrangement. Wheat and rapeseed were used as bed materials. The experiments were performed under isothermal conditions. Two experimental methods were selected and adapted to the measuring problem—the measurement of the isobar distribution within the grain bed and the residence time analysis using the tracer gas pulse method. As could be shown, the isobar distributions measured for wheat and rapeseed agreed well with the model predictions. The numerical model could calculate the influence of the bed material with its different particle characteristics (e.g., particle shape, particle size, bed porosity). The results obtained from the residence time analysis confirmed the known quartering of the air stream flowing from one inlet air duct to the four surrounding outlet air ducts for the horizontal air duct arrangement; in the diagonal air duct arrangement, the air stream from one inlet air duct was nearly halved flowing to the two adjacent diagonal outlet air ducts. These results were confirmed by investigations of the air velocity distribution within the grain bulk. Further experiments are necessary to refine the model. The residence time and isobar measurements will be extended to study the influence of different air properties under real drying conditions, the effect of structural elements, and dryer designs.