分峰法分析半焦燃烧动力学的非等温热重实验

为了清楚地阐述半焦的燃烧过程,采用非等温热重法研究了氧气体积分数对半焦燃烧动力学的影响。得出挥发分析出燃烧、碳燃烧失重规律及其描述函数,挥发分析出燃烧和碳燃烧所需的表观活化能和表观指前因子。结果表明:挥发分析出燃烧所需的表观活化能和表观指前因子的最小值处于φ(O_2)=28%的条件下,最大值处于φ(O_2)=30%的条件下;碳燃烧所需表观活化能和表观指前因子的最小值处于φ(O_2)=24%,最大值处于φ(O_2)=30%条件下。     

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。     

高炉煤粉燃烧率通用模型

建立了煤粉燃烧率通用模型,模型可以根据煤粉的工业分析值计算燃烧动力学参数并预测煤粉燃烧率.通过对比前人的实验数据,验证了模型的准确性,同时研究了影响高炉煤粉燃烧率的若干因素.研究结果表明:在高炉喷煤过程中,煤粉颗粒在2 ms左右就可以达到热风速度,由于煤粉颗粒在直吹管内停留时间短并且温度较低,因此在直吹管内煤粉不会发生燃烧.煤粉进入风口回旋区后,挥发分瞬间全部析出,并且颗粒粒径越小,挥发分开始析出时间越早.降低煤粉粒径和增加氧气体积分数均有利于提高煤粉燃烧率.氧气体积分数每增加1%,燃烧率提高2%.随着喷煤量的增加,煤粉燃烧率逐渐降低.当提高煤粉喷吹量时,为了保证较高的燃烧率,实际操作过程中应提高富氧率并适当降低煤粉粒径.      

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。     

喷吹用煤粉爆炸特性及抑爆措施

喷煤过程煤粉的爆炸性是冶金行业十分重视的问题。探究了影响煤粉爆炸性的主要因素,并提出了抑制煤粉爆炸的措施。研究表明,烟煤与无烟煤的合理混煤可有效抑制粉体的爆炸性,随着无烟煤比例的增加,煤粉的爆炸性逐渐减弱,合理混煤比例既保证了安全喷吹又实现了喷煤成本最低的目标。粉体物性对其爆炸性同样具有较大的影响。当挥发分质量分数由24.63%增至30.65%时,煤粉的爆炸性显著增强;而随着煤粉粒度小于0.074 mm比例由100%降至50%,煤粉的爆炸性呈减弱的趋势。另外,气氛中氧气的体积分数增大,煤粉爆炸性显著增强,空气中不具有爆炸性的粉体,在高氧气体积分数的气氛下表现出极强的爆炸性;添加MgCO_3·5H_2O可有效抑制煤粉的爆炸,添加剂配比增至6.0%时,爆炸性指数最高降幅可达61.67%,因此,MgCO_3·5H_2O有良好的抑爆效果,必要时可适当添加抑制煤粉爆炸。     

高炉喷吹混合煤的燃烧特性及动力学分析

利用热重分析天平,研究非等温燃烧条件下无烟煤、贫煤与高挥发分烟煤的混合煤试样的燃烧特性及其反应动力学参数。考察了不同配比混合煤试样的挥发分初析温度、着火温度、最大燃烧速率和燃尽特性等燃烧特征参数,求出了反应的动力学参数活化能Ea和指前因子A。研究结果表明：随着烟煤配入量的增加,混合煤的挥发分初析温度、着火温度和燃尽温度...     

煤粉挥发分对高炉燃料比的影响及混合煤粉的燃烧行为

对高炉1400℃以上区域的煤粉有效热值进行了研究,结果表明,在高炉下部热平衡为控制因素的操作中,平均挥发分低的煤粉对降低燃料比是有效的.然而,挥发分相对较低的半无烟煤的资源总量是有限的.对低挥发分煤和高挥发分煤的混合煤粉进行了研究.用燃烧实验和模拟分析的方法,考察了混合煤粉的燃烧特性,结果发现,当使用不同挥发分的煤组成的混合煤时,其燃烧温度高于各煤种单独燃烧时燃烧温度的加权平均值.混合煤粉的使用对初期升温有显著的促进作用.这是因为高挥发分煤能形成高温燃烧场,并可促进低挥发分煤的燃烧.     

Fe-C-Si合金固态脱碳实验

以1 mm厚的Fe-3.0%C-0.84%Si(质量分数,下同)合金薄带和Fe-4.0%C-xSi(x=0,0.84%,1.24%)合金薄带作为研究对象,分析了在H₂O-H₂气氛下Fe-C-Si合金薄带的脱碳行为,重点探究了脱碳过程中的脱碳速率、元素竞争氧化及相关反应动力学.结果表明：在脱碳过程中,试样表面主要为Fe, Si的选择性氧化,且Si优先氧化生成SiO₂;随着φ(H₂O)/φ(H₂)(即炉内水蒸气体积分数与H₂体积分数的比值)的升高,氧化物转变为Fe₂SiO₄,当φ(H₂O)/φ(H₂)=0.42时,脱碳效果最好;随着硅含量的增大,脱碳效果越好,说明硅可促进固态脱碳.通过对动力学的研究及计算可得,当φ(H₂O)/φ(H₂)=0.42时,脱碳的宏观活化能为111.475 kJ/mol,低于碳在奥氏体中的扩散活化能,界面...     

分段尝试法研究半焦/CO2气化反应过程动力学

为了深入了解半焦与CO₂的气化反应过程动力学,本文通过不同升温速率下的非等温实验,确定在不同阶段下富鼎半焦与CO₂的气化机理.采用分段尝试法研究富鼎半焦与CO₂气化反应过程动力学,确定反应过程前期与后期的机理函数分别为f(α)=(1-α)[1-ψln(1-α)]1/2和f(α)=(3/2)[(1-α)-1/3-1]-1,从而建立相应动力学模型,计算反应过程不同阶段的动力学参数.通过对不同阶段的动力学模型进行数据拟合,实验数据与模型吻合较好,相关系数都大于0.98.最后,根据求得的动力学参数,确定不同升温速率下活化能的补偿效应,即活化能与指前因子的关系式.      

非等温热重分析研究碳气化动力学

利用Labsys同步热分析仪以非等温热重分析研究了碳气化反应动力学,考察了升温速率对碳气化反应的影响.在非等温热重分析中,Doyle和Gorbatchev近似函数都可以模拟碳气化反应过程.通过对比这两个函数拟合实验数据的相关系数,确定在使用非等温热重分析研究碳气化反应动力学时,使用Gorbatchev函数是求取反应动力学参数的较好方法.结果表明:活化能和指前因子都随着升温速率的增加而减小.活化能和指前因子之间有着较好的线性关系,碳气化反应过程中存在着动力学补偿效应.     

煤中挥发分对热解过程的行为影响分析

较高的还原温度易造成结圈,使回转窑直接还原铁工艺发展受限,为此,需研究低温条件下煤中还原性气体释放和铁矿石的还原过程。通过热重分析仪-傅里叶红外光谱仪-质谱仪(TG-FTIR-MS)联用方法分析不同挥发分煤的热解特性和铁矿石还原过程。结果显示,高挥发分煤在热解过程中具有更加优越的反应活性,随着挥发分的提高,煤中还原性气体的释放温度更低,释放含量更高。整个热解过程中有机气体主要为CH₄、CH3+碎片、苯、甲苯以及同系物;无机气体为SO₂、CO、CO₂、H₂O。高挥发分煤种的还原性气体CO释放温度较低。此外,热解过程中,高挥发分煤种表观活化能更低,热解过程更容易进行;相较于无烟煤,采用烟煤还原铁矿石时还原反应进程更快,还原过程更加彻底。为此,采用高挥发分煤种进行煤基还原将会为有效降低煤基还原温度提供新思路。     

动力用劣质煤燃烧特性研究（上）

用热重分析法采用不同升温速率研究了六种煤样的ＴＧ，ＤＴＧ，ＤＴＡ及Ｔ曲线，用基辛格法计算得到不同煤燃烧反应的活化能，该值的大小与挥发分及灰分含量的比值的变化趋势基本相同。研究了同生矿物和后生矿物对煤着火和燃烧的不同影响。同时发现在用比表面分析得到的吸附等温曲线及比表面积、平均孔径和体积等数据与热重分析、矿物质分析数据间可建立合理的关联。提出评价煤燃烧反应特性应综合考虑燃烧反应前提条件－氧气与碳充分     

高炉喷吹混煤时碳与二氧化碳反应的探索

 通过采用热重及反应物岩相观察,研究不同煤种在不同配比下混煤残碳与CO2反应行为,由热重曲线可知：2种煤混合时,在900~1100℃,混煤实际与加权失重率相差不大,甚至实际失重率小于加权失重率;在1100~1200℃,混煤的实际失重率大于加权失重率,最大时相差10%。3种煤混合时,煤粉的实际失重率既与温度也与挥发分有关。得出结论：在1100~1200℃时,高炉喷吹混煤反应性更强,焦炭的保护作用更为突出,高炉内煤粉利用率更高。从煤粉碳素熔损反应后形态来看,高煤质煤粉残碳先于低煤质煤粉残碳反应完全。煤粉的挥发分含量不同时,其反应形态也不同：低挥发分的混煤中,烟煤的内孔反应和气泡产生不剧烈;而在高挥发分的混煤中,烟煤残碳反应现象较为剧烈。     

COREX熔融气化炉Rist操作线的建立和应用

考虑了块煤在熔融气化炉上部挥发分的析出和采用部分氧气燃烧析出挥发分中的焦油和碳氢化合物这一特点,利用改进的Rist操作线原理,建立了熔融气化炉操作线图,直观地体现了不同因素对炼铁过程能耗的影响.讨论了COREX熔融气化炉内上部吹氧燃烧焦油和碳氢化合物后操作线的变化,对比了加入不同块煤和半焦对上部吹氧量、能耗的影响,分析了将块煤中挥发分脱除后以半焦的形式加入炉内,熔融气化炉上部煤气氧化度、温度和煤气量的变化,以及对能耗的影响.      

催化剂对煤粉燃烧特性的影响及动力学研究

 采用热分析技术,研究了CaO、Fe2O3、MgO和MnO2 4种催化剂对精煤和瘦煤燃烧特性的影响,以及非等温燃烧条件下,催化剂对燃烧反应动力学参数的影响。研究表明：当加入量为1%时,4种催化剂都能降低精煤和瘦煤的初始燃烧温度,其中CaO对煤粉的催化助燃效果最为显著。同为过渡金属氧化物,当加入量小于2%时,MnO2降低两种煤粉初始燃烧温度的效果要好于Fe2O3;当加入量为2%时,MnO2降低两种煤粉初始燃烧温度的作用减弱,比Fe2O3的作用?睿尤胧菝菏匝保孟窒笥任飨浴?种催化剂都能降低精煤和瘦煤在第1反应阶段的活化能,其中CaO表现出的助燃效果最好;在第2反应阶段,CaO对精煤的催化燃烧作用最好,而4种催化剂对瘦煤的催化燃烧作用不明显。     

热溶煤的燃烧特性

低阶煤的高值化利用对拓宽能源途径,提高能源效率和解决环境问题具有重要意义.以N-甲基吡咯烷酮为有机溶剂,对4种低阶煤进行热萃取,获得低灰分、高挥发分的热溶煤产物.通过热重分析研究了热溶煤的燃烧特性,并利用拉曼光谱分析,对比了原煤与热溶煤碳结构的变化规律.结果表明:与原煤相比,热溶煤的灰分含量明显降低,挥发分含量增高,固定碳含量减少,热值增大.其中KL、GD和ZS 3种热溶煤的H/C原子比大于原煤,XB的热溶煤小于原煤.KL、GD和ZS 3种热溶煤的峰强度(I_D/I_G)和峰面积(A_D/A_G)的比值大于相应的原煤,其有序化程度减小,结构缺陷增多,相应的其热溶煤的燃烧反应性增大.而XB热溶煤的I_D/I_G和A_D/A_G的值小于相应的原煤,有序化程度增大,燃烧反应性降低.      

离子液体对不粘煤煤粉自燃特性的影响

为了研究煤粉储运过程中堆积煤粉在漏风环境下氧化升温导致其氧化自燃特征,揭示[BMIM][BF₄]离子液体抑制煤粉氧化阻燃反应机制。本文选用高效阻化剂[BMIM][BF₄]离子液体对红柳煤矿(HL)不粘煤煤粉进行阻化处理,通过煤粉恒温氧化实验测定5%、10%、15%质量分数的[BMIM][BF₄]处理煤粉的自燃临界参数,即煤粉临界自燃温度T_m和着火延迟时间t_i,分析[BMIM][BF₄]对煤粉加热、自热反应的影响;测试同一高温环境下(各煤粉均被点燃)[BMIM][BF₄]对煤粉的宏观阻化特性;通过FT-IR实验表征[BMIM][BF₄]对煤粉的微观阻化特征,验证煤粉自燃临界参数变化规律。结果表明:[BMIM][BF₄]能够抑制煤粉自热反应并提高煤粉T_m和t_i值,降低煤粉自燃危险性,且其质量分数越大,煤粉自燃临界参数越大,其中15%质量分数的[BMIM][BF₄]处理煤粉的T_m为156 ℃,较原煤粉冗余度提高+26 ℃,t_i为80 min,较原煤粉着火延迟32 min。在同一环境温度T_a下(T_a>T_m),[BMIM][BF₄]处理煤粉的中心点温度、耗氧速率、CO产生量均小于原煤粉,且[BMIM][BF₄]的阻化效果随质量分数的增大而增大。[BMIM][BF₄]的阻化作用体现在强电负性氟原子与煤中羟基氢原子形成较强的氢键,溶解破坏煤中羟基基团,阻断煤氧链式反应。      

不同热解半焦与高炉喷吹煤粉燃烧性能差异性

 研究不同半焦与喷吹煤粉的燃烧性能有利于半焦进行高炉喷吹、降低炼铁成本。通过改变热解温度、热解升温速率、热解保温时间和热解气氛在管式炉中制备了不同的半焦样品,通过工业分析和热重试验、结合比表面积、发热量和活化能变化对不同热解半焦和两种喷吹煤粉燃烧性能差异进行了分析。结果表明,不同热解条件下制备的半焦,其燃烧性能大多介于两种喷吹煤之间,热解温度是影响半焦反应性能最重要的因素,热解温度对活化能的影响呈现先减小后增大的趋势。不同热解温度制备的半焦孔隙结构均比喷吹煤发达,且累积孔容积和比表面积均呈现先增加后减少的趋势,孔隙特点与燃烧性能基本对应。550 ℃是制备高反应性半焦较适宜的热解温度。可以通过控制热解条件制备高反应性半焦,这有利于半焦在高炉喷吹中的应用。     

不同高炉煤粉的基础性能分析

煤粉是高炉冶炼的重要燃料,煤粉的基础性能对高炉的稳定顺行有很大影响。采用灰熔点测定仪测定了3座高炉喷吹煤粉的灰熔融特性,利用热重分析法(TGA)分析了这3种煤粉的燃烧性,并通过新型高炉喷煤模拟燃烧试验装置,模拟了3种煤粉在氧气高炉条件下的燃烧规律。同时,利用DAEM模型计算煤粉燃烧过程的活化能。结果表明,3种煤粉的灰熔融特性温度都不满足喷吹要求;A煤粉的燃烧性和燃烧率最差;A煤粉燃烧的表观活化能为59.16 kJ/mol,同时燃烧过程存在补偿效应。