水泥工業(yè)劣質(zhì)煤活化燃燒及機(jī)理研究.pdf

1、2007年，我國(guó)水泥產(chǎn)量達(dá)到13.5億噸，耗煤2.5億噸，優(yōu)質(zhì)資源日益減少，而大量的劣質(zhì)煤沒有得到很好的應(yīng)用。在新型干法水泥生產(chǎn)工藝中，預(yù)分解窯占水泥熟料生產(chǎn)總能耗的60％-80％。因此，尋找適合分解爐生產(chǎn)的煤粉助燃催化劑并分析其作用機(jī)理對(duì)于水泥生產(chǎn)中劣質(zhì)煤利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本論文依托十一五國(guó)家支撐計(jì)劃--高性能水泥綠色制造工藝和裝備(項(xiàng)目編號(hào)：2006BAF02A24)。通過熱重試驗(yàn)篩選出4種有效的煤粉助燃催化劑，確定

2、了這4種助燃催化劑的合理添加比例。采用固定碳在空氣氣氛條件下的熱分析試驗(yàn)(TGA)模擬助燃催化劑對(duì)煤粉中固定碳在分解爐風(fēng)口條件下燃燒過程的影響，結(jié)合未燃煤粉的X-射線衍射(XRD)、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)和掃描電子顯微鏡(SEM)檢測(cè)結(jié)果，提出了助燃催化劑對(duì)煤粉揮發(fā)分揮發(fā)過程和固定碳燃燒過程的助燃催化作用機(jī)理。并利用FLUENT計(jì)算軟件對(duì)分解爐內(nèi)流場(chǎng)、煤粉燃燒特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，提出了分解爐用高灰分煤粉催化燃燒理論及技術(shù)。主要工

3、作及成果如下： 1.以著火溫度、著火和燃盡指數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)分析了高灰分煤粉燃燒特性，針對(duì)高灰分煤的燃燒特點(diǎn)，建立基于新型干法水泥生產(chǎn)工藝的高灰分煤催化燃燒理論和技術(shù)體系，采用熱重分析法研究分析了含氧化合物和工業(yè)副產(chǎn)物對(duì)高灰分煤燃燒特性的影響規(guī)律；探討了催化燃燒對(duì)煤粉燃燒動(dòng)力學(xué)的影響，分析了煤粉著火和活化能間的關(guān)系；并結(jié)合燃燒動(dòng)力學(xué)對(duì)其進(jìn)行了機(jī)理分析。 2.利用熱重分析法研究了固定碳燃燒特性，分析了催化劑對(duì)固定碳的影響規(guī)律。

4、通過分析認(rèn)為，助燃催化劑Fe2O3、PbO、CaO和鉛鋅尾礦均能促進(jìn)固定碳發(fā)生氧化燃燒，表現(xiàn)在添加助燃催化劑后固定碳中的殘留揮發(fā)分燃燒溫度和固定碳著火溫度均要比原煤固定碳的相應(yīng)溫度降低，發(fā)生燃燒反應(yīng)的溫度區(qū)間變窄。 3.利用FTIR、XRD和SEM測(cè)試技術(shù)對(duì)未燃煤粉的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)、物相組成等方面進(jìn)行了研究，分析了催化劑在煤粉燃燒中的作用機(jī)理。分析認(rèn)為，助燃催化劑可以促進(jìn)煤粉的脫碳裂解，使大分子芳香烴網(wǎng)絡(luò)斷裂，變成小分子官能團(tuán)，其中

5、包括羥基，煤粉中的揮發(fā)性物質(zhì)隨著助燃催化劑的加入而有較大程度的釋放，從而改善煤粉在分解爐噴吹條件下的燃燒過程；添加催化劑后煤炭粒燃燒加重，主要?dú)執(zhí)款愋鸵磺蛐蚊喊兊檬杷?；助燃催化劑可以使高灰分煤峰包顯著降低，燃燒性大大提高。 4.結(jié)合3750t/d水泥熟料生產(chǎn)線中分解爐內(nèi)煤粉燃燒過程進(jìn)行了數(shù)值模擬；在此基礎(chǔ)上，采用有限速率/渦耗散模型模擬研究了噴旋分解爐的三維流動(dòng)、煤粉催化燃燒，分析了熱態(tài)狀況下分解爐內(nèi)氣流速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、顆粒濃度場(chǎng)及氣