水泥工业劣质煤活化燃烧及机理研究

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1、武汉理丁大学硕十学伊论文t置曼曼曼曼曼璺曼曼量曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼量量曼曼鼍曼皇曼曼皇曼皇量量鼍I一_—I皇皇皇曼量曼曼曼曼曼曼曼!曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼舅鼍摘要2007年，我国水泥产量达到13．5亿吨，耗煤2．5亿吨，优质资源日益减少，而大量的劣质煤没有得到很好的应用。在新型干法水泥生产工艺中，预分解窑占水泥熟料生产总能耗的60％．80％。因此，寻找适合分解炉生产的煤粉助燃催化剂并分析其作用机理对于水泥生产中劣质煤利用具有重要的现实意义。本论文依托十一五国家支撑计划一一高性能水泥绿色制造工艺和装备

2、(项目编号：2006BAF02A24)。通过热重试验筛选出4种有效的煤粉助燃催化剂，确定了这4种助燃催化剂的合理添加比例。采用固定碳在空气气氛条件下的热分析试验(TGA)模拟助燃催化剂对煤粉中固定碳在分解炉风口条件下燃烧过程的影响，结合未燃煤粉的X．射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)检测结果，提出了助燃催化剂对煤粉挥发分挥发过程和固定碳燃烧过程的助燃催化作用机理。并利用FLUENT计算软件对分解炉内流场、煤粉燃烧特性进行了数值模拟，提出了分解炉用高灰分煤粉催化燃

3、烧理论及技术。主要工作及成果如下：1．以着火温度、着火和燃尽指数为评价指标分析了高灰分煤粉燃烧特性，针对高灰分煤的燃烧特点，建立基于新型干法水泥生产工艺的高灰分煤催化燃烧理论和技术体系，采用热重分析法研究分析了含氧化合物和工业副产物对高灰分煤燃烧特性的影响规律；探讨了催化燃烧对煤粉燃烧动力学的影响，分析了煤粉着火和活化能间的关系；并结合燃烧动力学对其进行了机理分析。2．利用热重分析法研究了固定碳燃烧特性，分析了催化剂对固定碳的影响规律。通过分析认为，助燃催化剂Fe203、PbO、CaO和铅锌尾矿均能促进

4、固定碳发生氧化燃烧，表现在添加助燃催化剂后固定碳中的残留挥发分燃烧温度和固定碳着火温度均要比原煤固定碳的相应温度降低，发生燃烧反应的温度区间变窄。3．利用FTIR、XRD和SEM测试技术对未燃煤粉的微细观结构、物相组成等方面进行了研究，分析了催化剂在煤粉燃烧中的作用机理。分析认为，助燃催化剂可以促进煤粉的脱碳裂解，使大分子芳香烃网络断裂，变成小分子官能团，其中包括羟基，煤粉中的挥发性物质随着助燃催化剂的加入而有较大程度的释放，从而改善煤粉在分解炉喷吹条件下的燃烧过程；添加催化剂后煤炭粒燃烧加重，主要残炭

5、类型一球形煤胞变得疏松；助燃催化剂可以使高灰分煤峰武汉理丁大学硕十学伊论文包显著降低，燃烧性大大提高。4．结合3750t／d水泥熟料生产线中分解炉内煤粉燃烧过程进行了数值模拟；在此基础上，采用有限速率／涡耗散模型模拟研究了喷旋分解炉的三维流动、煤粉催化燃烧，分析了热态状况下分解炉内气流速度场、温度场、颗粒浓度场及气相组份场等。本文研究成果将为劣质煤粉在预分解系统中的高效资源化利用提供一定的理论基础和技术支撑。关键词：预分解系统；助燃催化剂；燃烧；催化机理；数值模拟Il武汉理T大学硕+学伊论文Abstra

6、ctUntil2007，theoutputofcementhadarrived1．35billiontons，consuming250milliontonsofcoal．Hi曲一qualityresourcesreducedincreasingly,butabundantinferiorcoalgotnobeRerapplication．Intheproductionofclinker,theconsumptionofpre-calcinedkilnssystemaccountsfor60％-80％of

7、totalenergyconsumption．Consequently,researchingtheappropriatecombustion—supportingcatalystforthepre-calcinedkilnandanalyzingitscatalyticmechanismhaveimportantrealisticsignalityincementindustry．Thisdissertationwassponsoredby“TechnologyandEquipmentofHi曲Per

8、formanceCementFacingGreenManufacturing'’fijomNationalSupportingProjectofeleventhFive-YearsPlanofChinaundergrantsNo．2006BAF02A24．Inthispaper，basedonthethermogravimetricanalysis(TGA)，fourreasonableandeffectivecoalcombustionc