水泥分解炉工况下煤焦的燃尽动力学过程研究

针对水泥分解炉低温燃工况，提出裹灰缩核模型，采用失重实验和理论分析，进行了11种典型煤焦样的烯尽动力学参数研究和煤焦燃尽过程机理讨论。研究结果表明：焦在燃烧过程中，灰层内的扩散系数Dh及反应速度常数kc并不是一个绝对常数；在分解炉的工作温度下，其控制反应过程由受化学反应过程控制向灰层扩散控制过渡。     

Fe掺杂Mn/TiO2低温脱硝催化剂的催化性能研究

采用氧化沉淀-浸渍法制备了不同含量Fe掺杂的Fe-Mn/TiO2低温脱硝催化剂,考察了催化剂在80~180 ℃范围内的脱硝能力并通过XRD、BET、TG、H2-TPR、NH3-TPD等测试手段,对催化剂的物理化学性质进行了表征.实验结果表明,Fe的加入并没有改变Mn/TiO2的主要晶相,仍是锐钛矿型的TiO2,MnOx和FeOx均以非晶态结构高度分散于载体表面,而且Fe的加入可以有效地改善催化剂的微观形貌、比表面积及表面酸性位点,从而提高其低温脱硝性能.Fe掺量在Fe/Ti为0.10时催化剂具有最佳性能,在120 ℃时脱硝率可达90;以上.     

高炉熔渣微晶玻璃的结构与性能研究

高温熔渣具有大量显热与渣体.采用熔融法制备微晶玻璃可以更好地利用其热和渣,达到高效利用的目的.通过高温条件下混熔的方式制备性能稳定的基础玻璃.利用差示扫描量热仪(DSC)确定基础玻璃的热处理工艺制度.结合高分辨透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描式电子显微镜(FE-SEM)对微晶玻璃的结构进行了研究.研究表明:基础玻璃中氟含量的增加,有利于促进微晶玻璃成核和晶体长大,降低微晶玻璃的形核结晶温度.在低温热处理得到微晶玻璃的主晶相为萤石,高温热处理得到的微晶玻璃析出了霞石和萤石两个微晶相.高炉渣微晶玻璃中,微晶相的出现可有效提高微晶玻璃的力学性能,试样的显微硬度最高可达585.68 MPa,抗折强度最高可达126.21 MPa.     

熔融法转炉钢渣微晶玻璃的结构与性能研究

利用转炉钢渣制备出高性能的微晶玻璃,可有效提高其附加值,同时具有环保效益.本文以转炉钢渣为主要原料,通过组分设计,改变其掺人量,制备出了相应的基础玻璃与微晶玻璃.并通过XRD、DSC、FTIR、SEM以及抗折强度、密度、表面硬度等进行表征,获得了如下结果:转炉钢渣的掺量在45wt; ～ 55wt;之间变化时,均可以制备出微晶玻璃.随着CaO/SiO2的增加,有利于促进玻璃析晶,与此同时,会促进在架状结构的霞石晶相中析出聚粒状的二次晶相普通辉石.普通辉石晶相的析出不利于抗折强度的增长,但对密度和硬度均有所提高.当钢渣掺量为50wt;时,微晶玻璃的最高抗折强度为198.89 MPa,显微硬度为772 MPa,密度为2.86 g/cm3.     

第二步离子交换工艺对钠铝硅系玻璃性能的影响

实验采用两步法对玻璃进行离子交换,主要研究经过不同第二步离子交换时间后的玻璃在性能上的区别.本文测试了K+、Na+的分布情况,表面应力及应力深度,弯曲强度,弹性模量,并计算出K+、Na+的离子扩散系数和K+、Na+的扩散活化能.结果表明:经过两步离子交换后,应力层深度、Weibull模量和弹性模量会增加,表面应力和弯曲强度会减小.第二步离子交换温度为340℃,第二步离子交换时间从0.1 h到3 h,在第二步离子交换时间为0.5 h时,K+扩散系数为0.43×10-15 m2/s,K+扩散活化能为144.00 kJ/mol,Na+扩散系数为0.30×10-15 m2/s,Na+扩散活化能为145.93 kJ/mol,比较有利于K+、Na+的扩散.总体上,Na+的扩散系数大于K+的扩散系数,Na+的扩散活化能小于K+的扩散活化能.     

烧结法制备高炉渣CMAS系统微晶玻璃的研究

利用高炉渣及其它辅助原料制备基础玻璃,采用一步烧结法制备主晶相为辉石的CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)微晶玻璃.综合运用DSC,XRD以及场发射扫描电子显微镜等测试手段,分析热处理制度对高炉渣CMAS微晶玻璃的析晶行为及性能的影响.结果表明:随着热处理温度上升,微晶玻璃的主晶相均为辉石,次晶相均为长石,晶相析出量增加,微晶玻璃的体积密度及抗折强度均呈现先增后减趋势.随着热处理时间增加,微晶玻璃的体积密度及抗折强度均呈现下降趋势.当热处理温度为1020 ℃,晶化时间30 min时,样品的机械性能最好,体积密度为2.690 g·cm-3,抗折强度为67.00 MPa.     

高温固硫物相硫铝酸钙的生成过程研究

利用XRD、SEM和KZDL 4M型快速智能测硫仪对硫铝酸钙的形成过程及添加剂对其生成过程的影响进行了研究，探讨了硫铝酸钙的生成与分解反应机理及添加剂对其生成与分解反应的影响。结果表明，1150℃～1450℃能生成硫铝酸钙，同时伴存12CaO7Al2O3，温度高于1350℃时，硫铝酸钙发生分解生成3CaO·Al2O3； MgO在一定程度上利于硫铝酸钙的形成；Fe2O3在较低温下能促进硫铝酸钙的形成，高温下则促进其分解；而SiO2能有效抑制CaSO4的高温分解，却不利于硫铝酸钙的生成。     

N2气氛下焙烧制备的Mn基催化剂催化NOx脱除性能的提升机理:低MnOx结晶度与氧化度

在众多的氧化物类NH3-SCR催化剂体系中,Mn基氧化物催化剂因具有极高的低温(≤473 K)脱硝性能而备受关注.其主要原因可能是Mn物种具有丰富的可变价态,作为活性组分的MnOx能够提供自由电子.大量研究发现,由于不同金属元素间协同作用的存在,复合金属氧化物的催化脱硝活性普遍优于单金属氧化物类催化剂.为了抑制MnOx在锻烧过程中的烧结,提高MnOx的催化活性,一系列过渡金属氧化物,如Fe,Cu,Ni和Cr等的氧化物,被用来作为改性剂加入到MnOx催化剂中.近年来,很多研究者将稀土元素作为改性剂加入到MnOx催化剂中,并发现稀土金属氧化物的添加可以改善催化剂的活性、选择性、热稳定性及抗毒性能,是良好的添加助剂,其中对Ce的关注度颇高.而储氧性能是CeO2最重要的性质,CeO2对氧气的存储和释放可以通过Ce4+和Ce3+两种价态之间的变化实现.文献研究表明,将CeO2加入到锰氧化物材料中,能够提高锰氧化物在程序升温脱附过程中氧的脱附量,并且在低温条件下能够为锰氧化物提供氧,从而对锰氧化物的氧化态产生影响.此外,我国拥有丰厚的稀土Ce资源储备,使得锰铈复合氧化物在吸附脱除NOx方面得到广泛应用.催化剂作为选择性催化还原(SCR)工艺的核心,现阶段的研究重点主要集中于新型低温高活性催化剂的研究,如活性组分、载体组分、焙烧温度、焙烧时间及焙烧升温程序等,这表明焙烧过程对于催化剂性能的重要性.然而,在催化脱硝领域,对焙烧气氛的研究极少,但借鉴其他领域对焙烧气氛的研究,确有研究者证实焙烧气氛对材料的颗粒大小、缺陷浓度、价态及物相组成等有着显著的影响,进而影响材料的活性.我们课题组曾研究了焙烧气氛对MnOx/TiO2脱硝性能的影响,并发现惰性气氛中焙烧的催化剂表现出最佳活性,然而对于催化剂催化性能增强的原因并未深入探究.在前期研究基础上,以MnOx和CeOx为活性组分,采用浸渍法制备得到Ce-Mn/TiO2催化剂,通过X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、热重(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、氨气程序升温脱附(NH3-TPD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段系统地研究了MnOx和CeOx担载于TiO2表面制成的催化剂在不同气氛(N2,空气和O2)中焙烧后的催化性能和物相结构.XRD,TG和H2-TPR测试结果表明,在N2气氛中焙烧有利于催化剂氧化度与结晶度的降低,催化剂中主要存在两种主要活性成分:大量的Mn2O3和少量的Mn3O4.SEM图揭示了在N2气氛下焙烧能够有效抑制晶粒长大,促进颗粒分散.NH3-TPD结果表明,N2气氛下焙烧的催化剂拥有更多的表面酸性位点,从而有利于反应气在催化剂表面的吸附和活化.结合XPS分析结果与脱硝活性测试结果,较低价态的MnOx以及较高的表面活性氧浓度(Oα)更有利于NH3-SCR反应的进行.不同焙烧气氛下0.20Ce-Mn/TiO2催化剂(Ce:Ti摩尔比为0.20)上NO转化率顺序如下:N2(94%)>空气(85.6%)>O2(75.6%).以上结果清晰地表明N2焙烧气氛显著提升了催化剂的脱硝活性.     

水泥生料的燃烧固硫特性及其微观反应机理研究

采用SC-132定硫仪对水泥生料的燃烧固硫特性进行了评价，利用XRD、SEM对煅烧样品进行矿相组成分析及矿物形态分析，讨论了水泥生料高温固硫的微观反应机理。结果表明，高温段固硫物相的热稳定性是影响水泥生料固硫效率的决定因素。水泥生料在较宽温度范围内具有85%以上的固硫效率。850 ℃时已有CaSO4形成， 1 050 ℃时CaSO4开始分解。1050℃～1250℃生成耐高温的硫硅酸钙、硫铝酸钙等复合矿物。1300℃时铁铝酸盐固熔体等将硫酸盐的表面包裹，抑制其高温分解，使水泥生料在1300℃时仍有较高的固硫效率。     

铝基矿物在钙基固硫过程中的固相反应机理分析

在高温电阻炉中对高硫煤掺入钙铝基添加剂后进行燃烧试验,分析了不同条件下煤中加入添加剂后固硫效率、固硫灰渣的矿物组成及微观形貌的变化特性;综合采用TG-FTIR-XRD研究了化学纯矿物CaO-A12O3-CaSO4体系中硫酸钙的高温热分解过程及产物组成.结果表明,A12O3的加入通过固相反应来影响钙基固硫效率,A12O3对固硫效率的影响并非呈单一性;低温下生成Ca-Al酸盐矿物削弱了固硫反应,而高温下CaSO4与灰中生成的含Ca、Al类矿物反应形成高温固硫物相硫铝酸钙并抑制其分解则提高了钙基固硫效率.