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中小颗粒石灰石煅烧特性研究

作　者: 陈海
导　师: 张世红
学　校: 华中科技大学
专　业: 热能工程
关键词: 石灰石煅烧活性度流态化
分类号: TQ177.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

石灰石作为一种不可再生资源，在很多行业都有着举足轻重的地位。水泥和钢铁两大产业每年就要消耗大量的石灰石资源，相关研究表明我国现有储量只能维持26年，然而在石灰石开采环节中会废弃大量粒径在25mm以下的废碴，而在石灰生产环节中，也因为各种窑型无法有效利用粒径在10mm以下的石灰石，使得数量巨大的石灰石被废弃。鉴于此，本文以粒径为10mm以下的石灰石为对象，通过热重实验研究了石灰石的分解机理，通过静态煅烧与流态化煅烧实验研究了各因素对产物特性的影响，同时还探索了流态化煅烧工艺的可行性，对石灰石的资源化利用有重要的意义。首先，采用热重分析仪研究了五种不同粒径石灰石的热分解过程。石灰石粒径分布在0.5~10mm之间，温度在900~1050℃之间。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，煅烧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；而当粒径为0.5~1mm时，反应活化能很小，随着粒径的增大，反应活化能有所增加，而在1~5mm范围内活化能变化不大，但随粒径继续增大(5~10mm)，活化能增大了一倍。通过石灰石煅烧反应的动力学模拟发现，温度越高，模拟反应曲线与实际反应曲线之间的差别会越小，反应机理越接近随机成核模型；对于5~10mm的石灰石，在900℃煅烧条件下，在分解最初期应该符合随机成核和随后生长模型，随后会变成相边界模型。然后，利用马弗炉对粒径为0.5~10mm的石灰石样品进行静态煅烧，分析了煅烧温度、煅烧时间、粒径对煅烧产物活性的影响。结果表明：煅烧温度和煅烧时间对石灰活性都有影响。煅烧温度低，时间短，石灰石煅烧不完全，活性差；温度高，时间长，石灰石又容易过烧，活性依然不高，且温度越高，过烧出现的越快；石灰石样品在950℃下煅烧60min得到的产物活性最佳；石灰石粒径对煅烧产物活性有影响，石灰活性并未随着粒径增大而呈现单一趋势，大致都是先增大后减小，本实验中石灰活性最佳的粒径为2~3mm。同时利用自动气体吸附分析仪对13种工况下得到的产物样品进行了N2吸附脱附实验，从而得到各种产物的表面孔隙结构特征，分析了煅烧温度、煅烧时间及粒径对孔比表面积和孔容积的影响，并且探索了孔结构与产物活性度之间的关系。结果表明：随着温度升高、粒径增大、煅烧时间增长，产物的吸附孔容积与孔比表面积分布明显降低；产物活性与比表面积及孔容积并非成线性增长关系，而是随着比表面积的增大，产物活性先增加后减小；随着孔容积的增加，产物活性先增加后减小，之后又有上升趋势；产物活性不是由孔结构这个单一因子决定的。接着，利用流化床台架，研究了小粒径（0.5~1mm）石灰石的流态化煅烧特性，分析煅烧温度对煅烧产物活性的影响，并且比较了流态化煅烧与静态煅烧的差别。结果表明：随着温度的升高，得到最佳产物活性的煅烧时间会缩短，在此时间之后，继续煅烧产物活性会下降。相比静态煅烧，流态化煅烧不仅提高了石灰石分解的速率，也提高了产物烧结的速率，同时能够在短时间内得到高活性的石灰，在本实验中，石灰石在1050℃下，流态化煅烧3min得到的产物活性为338ml。最后，利用冷态流化实验装置对粒径为5~10mm的石灰石进行了流化实验，发现实验过程中床内石灰石可以稳定均匀流化，并且测得临界流化风速为3.8m/s。结合超高温烟气发生技术以及上述实验结果，提出了一种流化床高温快速煅烧活性石灰的新工艺。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-17
  1.1 石灰石利用概述  10-12
  1.2 石灰组成及其活性度  12-13
  1.3 石灰石煅烧过程  13-14
  1.4 中小粒径石灰石的研究现状  14-15
  1.5 研究类容及方法  15-17
2 中小颗粒石灰石的热分解动力学研究  17-30
  2.1 实验样品及实验装置  17-19
  2.2 温度对石灰石热分解的影响  19-21
  2.3 粒径对石灰石热分解的影响  21-22
  2.4 石灰石煅烧反应动力学分析  22-27
  2.5 石灰石煅烧反应动力学模拟  27-29
  2.6 本章小结  29-30
3 中小颗粒石灰石静态煅烧产物特性分析  30-43
  3.1 实验方法  30-31
  3.2 石灰石煅烧产物孔结构分析  31-35
  3.3 产物活性测定及结果分析  35-41
  3.4 产物活性度与孔结构的相关性  41-42
  3.5 本章小结  42-43
4 中小颗粒石灰石流态化煅烧特性研究  43-49
  4.1 实验装置及实验方法  43-45
  4.2 煅烧产物活性度分析  45-48
  4.3 本章小结  48-49
5 新型流化床高温快速煅烧活性石灰工艺  49-59
  5.1 中小颗粒石灰石冷态流化特性  50-53
  5.2 新型流态化煅烧活性石灰工艺  53-55
  5.3 工艺相关参数计算  55-58
  5.4 本章小结  58-59
6 全文总结及展望  59-62
  6.1 本文研究工作总结  59-61
  6.2 工作展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-68
附录攻读硕士学位期间发表论文及参与项目  68

中小颗粒石灰石煅烧特性研究

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