高温悬浮态的煤焦燃烧反应动力学研究

在高温气固悬浮态试验台上,对无烟煤、烟煤的煤焦燃烧模型进行了研究。在恒温条件下,分别获得A煤(无烟煤)煤焦与B煤(烟煤)煤焦的燃烧曲线,通过传递函数进行修正后的燃尽率与时间的关系曲线与已知的机理函数进行拟合,采用相关性系数选取最佳反应模型。对A煤煤焦与B煤煤焦的模型的动力学参数进行求解并拟合理论燃烧曲线,结果与实验的测定值吻合良好,表明动力学分析结果的可靠性。     

菱镁矿热分解的动力学研究

利用热重(TG)分析法,对不同粒度菱镁矿的热分解过程进行研究.根据Flynn-Wall-Ozawa法,拟合计算得到不同粒度菱镁矿热分解的活化能和指前因子.采用Thermo-kinetics软件对可能性最大的5种动力学机理函数进行拟合,根据相关系数最大的原则确定最佳分解机理.研究结果表明:菱镁矿热分解的活化能随菱镁矿粒度的增大而减小,当菱镁矿的粒度由小增大时,控制其热分解过程的机理由化学反应逐渐向颗粒内部的传热和CO2的扩散传质转变;其热分解过程的最可几机理函数为R3模型,即三级相边界扩散反应,函数方程为G(α)=1-(1-α)1/3.     

基于高温悬浮态实验的煤粉燃烧动力学分析

根据工业分解炉中物料燃烧反应的特点,采用高温悬浮态气固反应实验台进行煤粉燃烧实验得到燃烧曲线,然后进行动力学分析.通过对不同气固反应模型计算分析,判断适合该煤种的动力学机理函数,求得其动力学参数,从而确定煤粉在某温度范围内符合的化学反应级数模型.对所得反应速率常数与燃烧反应速率误差的分析比较,表明了动力学分析结果的可靠性.     

大粒径石灰石热分解动力学研究

主要研究大粒径石灰石的煅烧特性,采用热重分析仪研究了5种不同粒径石灰石的煅烧过程。石灰石粒径分布在0.5~10 mm,煅烧温度在900~1 050 ℃。研究结果表明,粒径越小温度越高石灰石分解速率越快,而且粒径和煅烧温度对石灰石热分解机理也有明显的影响。粒径小温度高时反应符合随机成核和随后生长机理模型,粒径大温度低时反应符合相界面反应机理。当粒径为0.5~1 mm时反应活化能很小,随着粒径的增大反应活化能有所增加,粒径在1~5 mm时活化能变化不大,粒径继续增大（5~10 mm）活化能增大了1倍。     

电石渣与石灰石热分解特性比较及电石渣热分解动力学

用热分析曲线比较电石渣和石灰石分解特性.通过热分析得到电石渣中氢氧化钙和石灰石中碳酸钙分解热耗分别为72.253kJ/mol和142.933kJ/mol;热力学计算氢氧化钙和碳酸钙理论分解热耗分别为101.625kJ/mol和166.232kJ/mol,热分析结果比热力学计算值低.采用Melak法求得电石渣中氢氧化钙分解的活化能Ea=124.01kJImoi,反应机理函数微分形式为,f(a)=(1-a)2/3(其中a为相应物质转化率),动力学因子为20.92.     

微型流化床内菱镁矿轻烧反应特性及动力学

通过微型流化床反应分析仪(MFBRA)和热重分析仪(TGA)对比研究了菱镁矿粉在氮气和空气气氛中的煅烧反应特性和反应动力学特性。结果表明:菱镁矿在氮气和空气中测得的表观活化能相似,说明空气中的氧气对菱镁矿的煅烧没有影响。MFBRA中菱镁矿粉在800℃以上完全分解的时间只有短短数秒,显著少于在TGA中完全分解的时间,揭示了TGA和MFBRA在测定反应动力学方面的差异。MFBRA测定菱镁矿在空气和氮气气氛中分解的表观活化能(约125 kJ/mol)和指前因子(10~5s~(-1))显著低于TGA所得结果 (约200 kJ/mol,10~(15)s~(-1)),进一步测试表明这与TGA中的反应受气氛抑制有关。即菱镁矿在TGA坩埚内分解产生的CO_2不能及时随气流排出,抑制了轻烧反应的进行,而MFBRA可有效降低外扩散对反应的影响。但两种仪器测试的反应均遵循成核与生长控制模型。对于流化床反应,证明了MFBRA测试结果具有更高的准确性,为有气体生成的煅烧或分解反应(如菱镁矿轻烧)提供了可靠的反应测试方法和仪器。     

石灰石在不同CO2浓度下的热分解特性研究

通过采用X射线衍射仪(XRD)、岩相分析和同步热分析(TG-DSC)等方式,开展石灰石的晶体结构、微观结构和热分解特性研究,并使用悬浮炉探究温度、CO₂浓度对石灰石热分解的影响。研究表明：随反应温度的升高和CO₂浓度的降低,反应时间逐渐变短后趋于平缓;在950℃时78%CO₂浓度条件下τ90约为43.2s。该研究将为优化高CO₂分压下生料分解提供实验基础和理论依据。     

高温悬浮态下硫铁矿的氧化特性研究

硫铁矿的高温氧化是引起水泥生产过程中产生SO2的主要原因。采用一维炉开展了高温悬浮态下硫铁矿氧化的实验研究,并对氧化产物做了X射线衍射（XRD）分析和烧失量检测。XRD分析表明,FeS2在300 ℃时尚未发生氧化反应,从400 ℃开始出现Fe2O3的衍射峰,且随着温度升高,FeS2的衍射峰强度逐步减弱,Fe2O3衍射峰强度逐步增强。在400~800 ℃时,FeS2的氧化产物仅为Fe2O3。基于烧失量的计算表明,在10 s反应时间内,FeS2在300 ℃几乎没有发生氧化,这和XRD检测结果一致。在400 ℃和600 ℃时FeS2氧化率分别达到了50%和85%,800 ℃时达到了92%。将上述结果应用于水泥生产过程,表明在C1~C4预热器中,约64%的FeS2发生了氧化。     

新疆和静菱镁矿热分解特性及轻烧工艺研究

以新疆和静菱镁矿为原料,利用热重分析法研究了升温速率对菱镁矿分解的影响,据此确定最佳升温速率.利用正交实验法控制煅烧温度、保温时间和原料粒度得到不同轻烧氧化镁,采用柠檬酸活性法表征化学活性,分析烧后试样矿物相组成,研究其对轻烧氧化镁活性的影响.结果表明:在相同的温度条件下,菱镁矿的分解程度随着升温速率的增大而减小,热分解温度随着升温速率的增大而提高,升温速率过大会阻碍分解反应进行;煅烧时当菱镁矿转化率为30％,温度在550 ～ 600℃时,分解反应较难进行,最佳升温速率选择5℃/min;煅烧温度对轻烧氧化镁活性影响最大,原料粒度次之,保温时间影响相对较小,最佳轻烧工艺为:煅烧温度800℃、保温120 min、原料粒度为2 mm.     

抑制性气氛中菱镁矿分解特性与动力学研究

利用热重分析仪研究了菱镁矿在含产物(CO₂)抑制性气氛中的分解反应特性,并根据Flynn-WallOzawa法和Coats-Redfern法计算获得了反应动力学参数。结果表明：随着反应气氛中CO₂浓度的增加,菱镁矿分解受到的抑制作用显著增强,初始分解温度与反应活化能呈对数型增加,最大反应速率对应温度则呈指数型增加;在含不同浓度的CO₂气氛中菱镁矿分解均遵循成核与生长控制模型G(x)=-ln(1-x)。该论文为实际工业生产中菱镁矿煅烧及资源利用提供了理论依据。     

二氧化碳浓度对石灰石分解反应动力学的影响

基于石灰石热重-差示扫描量热（TG-DSC）分析结果,分别在不同浓度的二氧化碳（二氧化碳与空气的混合气）气氛下对石灰石进行热分解特性研究。TG和DSC分析结果表明,碳酸钙分解是吸热反应,反应温度范围为750~950 ℃;提高升温速率,反应进程加快,TG曲线向高温区移动,DSC曲线吸热峰和吸热面积明显增大;反应气氛中二氧化碳浓度提高,TG曲线稍微向高温区移动,反应起始温度相同,反应终止温度相差约20 ℃。在高浓度二氧化碳气氛下,石灰石分解遵循随机成核和随后生长模型。此研究结果可为进一步优化石灰石煅烧工艺以及煅烧炉的设计提供理论支持。     

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。     

悬浮态下温度对碳酸钙分解产物特性的影响

  摘 要：实际生产中,人们往往关注生料入窑分解率指标,而很少考虑生料分解后物料的自身特性。利用高温一维炉设备研究了悬浮态下不同温度条件对碳酸盐反应及产物活性的影响。结果表明：相同停留时间下,900 ℃下碳酸钙分解率为26.0%,1 150 ℃下碳酸钙分解率为67.1%;1 150 ℃下碳酸钙分解产物氧化钙累计水化放热是900 ℃的近4倍,水化活性大大增强。原因在于1 150 ℃下分解后的产物结晶细小,孔隙率较高,比表面积较大。因而可利用此特点进一步加快熟料烧成进程。     

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 ℃。     

原料粒径对石灰石热分解反应动力学影响

利用热同步分析仪,在纯二氧化碳气氛、升温速率为10~30 K/min的条件下,对4种不同粒径的石灰石进行热分解特性研究,并采用改进的双外推法求解石灰石的热分解反应动力学参数。数据分析结果表明：石灰石粒径与其分解所需的活化能成正比例关系,粒径越小所需要的活化能越小,反之越大;升温速率越快,对应的分解反应温度越高,达到同一转化率所需要的时间越短,说明反应进程越快;纯二氧化碳气氛下,4种不同粒径的石灰石热分解均遵循随机成核和随后生长模型,不同粒径的石灰石对应不同的反应级数,反应级数变化范围为1/2~2;不同升温速率下石灰石热分解反应速率不同,粒径范围为38~250 μm的石灰石热分解反应速率受界面化学反应控制。     

Non-isothermal kinetic study of high-grade magnesite thermal decomposition and morphological evolution of MgO

Thermal decomposition was the prerequisite and basis for the utilization of magnesite resources. However, the calcination of magnesite was usually accompanied by high energy consumption, which not only caused serious waste of magnesite resources, but also restricted its high value-added utilization. Therefore, calcination conditions were the key to controlling thermal decomposition process of magnesite. The kinetics of high-grade magnesite thermal decomposition was elaborated by non-isothermal thermogravimetric analysis, and meanwhile the effect of heating rate on the magnesite thermal decomposition reaction and morphology of MgO particles were characterized. Both Doyle and Gorbatchev approximate functions were used to simulate the magnesite thermal decomposition process, where the experimental data (correlation coefficient) fitted by the latter could obtain more acceptable kinetic parameters of the magnesite thermal decomposition. The good linear relationship between the activation energy and the pre-finger factor allowed for a kinetic compensation of the thermal decomposition of magnesite. Furthermore, higher heating rate induced the formation of terraced grains, grain network group, cubic grains, and spherical grains for the samples sintered at 1200°C. The heating rate largely affected the magnesite particle morphology, grain size distribution and activity, and also provided important technical indicators in the actual production of magnesia refractory raw materials.     

小颗粒石灰石煅烧制备高活性度石灰的研究

研究了石灰石粒度、煅烧温度和时间对小颗粒石灰石煅烧制备高活性度石灰的影响。结果表明：同工业立窑煅烧块状石灰石相比,用小颗粒石灰石煅烧,能大幅提高石灰的活性度,并能明显缩短煅烧时间、降低煅烧温度。     

磁铁尾矿与石灰石双掺生产优质水泥

受环保压力影响,西乡公司生产水泥用河道淤沙供应紧张,难以满足生产需求且价格上涨幅度较大,严重影响到水泥生产及成本,我们开展了磁铁尾矿在水泥中的应用研究工作,通过连续几个月的生产实践,对物料配比优化,磨机技术改造,实现利用磁铁尾矿与石灰石双掺解决混合材紧缺问题,降低了水泥生产成本,水泥质量及性能稳定。