高爐噴吹煤粉助燃催化機(jī)理的研究.pdf

1、煤粉助燃催化劑是改善煤粉在高爐噴吹條件下燃燒過程的重要措施，在國內(nèi)外有過許多嘗試，但是直到現(xiàn)在還在尋找適合高爐生產(chǎn)的煤粉助燃催化劑，對于助燃催化機(jī)理的研究更是很少有人涉及。本文從煤的微觀結(jié)構(gòu)入手，通過模擬高爐風(fēng)口條件下的燃燒試驗(yàn)篩選出6種有效的煤粉助燃催化劑，確定了這6種助燃催化劑的合理添加比例。采用等離子體熱解試驗(yàn)和快速升溫?zé)峤?紅外連用試驗(yàn)(Py-FTIR)模擬煤粉在高爐風(fēng)口回旋區(qū)的快速熱分解過程，考察了高爐噴吹煤粉助燃催化劑對煤粉

2、揮發(fā)分揮發(fā)過程的影響；采用固定碳在空氣氣氛條件下的差熱和熱重試驗(yàn)(TG&DTA)模擬助燃催化劑對煤粉中固定碳在高爐風(fēng)口條件下燃燒過程的影響，結(jié)合X-射線衍射(XRD)和傅立葉變換紅外光譜(FTIR)檢測、掃描電子顯微鏡(SEM)檢測結(jié)果，提出了助燃催化劑對煤粉揮發(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。主要結(jié)論如下： (1)在高爐風(fēng)口燃燒條件下，對噴吹煤粉有助燃催化效果的有：稀土氧化物型助燃催化劑La2O3和CeO2；過渡

3、金屬化合物型助燃催化劑KMnO4、Fe2O3和MnO2；堿土金屬氧化物型助燃催化劑CaO。按照煤粉燃燒率提高10％的要求，La2O3和CeO2的添加比例為2％，KMnO4的添加比例為3％，F(xiàn)e2O3、MnO2和CaO的添加比例則為4％。 (2)稀土金屬氧化物、過渡金屬化合物和堿土金屬氧化物型助燃催化劑均可以改善煤粉揮發(fā)分的揮發(fā)過程。表現(xiàn)在煤粉由于添加助燃催化劑，其快速熱解氣體的產(chǎn)率均得以提高，且裂解揮發(fā)分氣體組成中小分子量的脂肪

4、族化合物減少，CO和H2含量增加。稀土金屬氧化物型和過渡金屬化合物型助燃催化劑CeO2、La2O3、KMnO4、MnO2和Fe2O3的催化機(jī)理是通過離子型反應(yīng)方式促進(jìn)較大分子和芳香環(huán)上的含氧官能團(tuán)支鏈的斷裂分解，形成小分子和自由基碎片逸出煤粒，同時促進(jìn)了脫氫縮聚反應(yīng)，最后只有那些高聚合度的芳香環(huán)脫氫后成為殘?jiān)?。堿土金屬氧化物型助燃催化劑CaO的催化作用機(jī)理為：通過與煤粉表面的酸性中心產(chǎn)生酸堿化學(xué)吸附，從而促進(jìn)煤粉中較易斷裂的小分子游離相

5、斷裂，產(chǎn)生揮發(fā)分氣體逸出，同時對較難裂解的揮發(fā)性組分產(chǎn)生物理吸附，延遲其釋放。 (3)助燃催化劑La2O3、CeO2、KMnO4、MnO2、Fe2O3和CaO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點(diǎn)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。CeO2、La2O3、KMnO4、MnO2、Fe2O3對固定碳的催化作用機(jī)理是促進(jìn)固定碳中的大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，削

6、弱結(jié)構(gòu)單元間的橋鍵結(jié)合力，使較難裂解的揮發(fā)性組分析出溫度降低，同時與固定碳生成中間絡(luò)合物，該絡(luò)合物充當(dāng)氧的載體，促進(jìn)氧的轉(zhuǎn)移，從而促進(jìn)了固定碳的燃燒。CaO對固定碳的催化作用機(jī)理則是通過吸附大分子揮發(fā)性組分使固定碳局部過熱，造成固定碳著火溫度降低，從而使固定碳更容易發(fā)生氧化燃燒。 (4)稀土金屬氧化物型助燃催化劑是一類很好的助燃催化劑，在燃燒反應(yīng)過程中對煤的均相著火和非均相著火過程的催化作用非常明顯，從而在高爐噴吹條件下更有利于