叠氮化钠联合卤化铵燃烧合成氮化硅粉体

采用叠氮化钠作为固态氮化剂,同时以卤化铵作为活性稀释剂,通过对燃烧温度特征曲线和燃烧产物相组成的分析,研究了两者的协同作用对于燃烧合成氮化硅粉体的影响. 研究结果表明:叠氮化钠和卤化铵的热分解可增加硅粉内部孔隙率和氮气渗透性,也能为Si-N反应提供内部氮源. 叠氮化钠和卤化铵均可作为Si-N反应的催化剂,可促进硅粉向氮化硅的氮化转变. 叠氮化钠联合卤化铵的使用能够有效地降低燃烧温度,使燃烧反应以低温模式进行,有利于α-Si3N4的生成. 随着反应物中叠氮化钠含量的增多,燃烧产物中α相氮化硅含量也相应地有所提高.     

闪速燃烧合成的Fe-Si3N4中FexSi粒子的形成机理

采用SEM、EDS等手段研究了闪速燃烧合成的氮化硅铁及其原料FeSi75的组成、结构,并结合闪速燃烧合成工艺和热力学分析,揭示氮化硅铁中FexSi粒子的形成机理.结果表明:在以74μm的FeSi75氮化制备氮化硅铁过程中,金属硅和ξ(FeSi2.3)相中部分硅氮化为氮化硅,而氮化硅铁中FexSi粒子则来源于ξ相的氮化;当ξ相被氮化到其中的[Si]摩尔分数降低近25%时,[Si]的活度aSi趋于0,氮化趋于平衡,ξ相中不能被继续氮化的部分即为FexSi粒子,其Fe∶Si原子比例大约为3∶1;FexSi粒子的大小、均匀分布状况与ξ相颗粒粒径大小及分布状况有关.     

基于流态化技术硅粉直接氮化制备氮化硅粉

提出了一种基于流态化技术,利用硅粉直接氮化制备氮化硅粉的新工艺。在常温下,以氮气为载气,将硅粉快速流化并夹带离开供料装置,硅粉和氮气组成的气-固两相流进入到预热器中,预热后的混合物从底部进入到高温悬浮床的高温区,以稀相气力输送的方式连续穿过高温悬浮床,在高温常压下发生燃烧合成反应,最后在出口经冷却装置冷却后,由收集装置收集,得到氮化产物。借助SEM、XRD、元素分析和FTIR等方法分析了氮化产物的形貌、物相组成、化学成分以及价键结构。实验结果表明：对于平均粒径为2.7μm的硅粉,在反应温度为1653K, 反应时间为2.7min时,硅的转化率为53.4%,氮化产物为非晶氮化硅粉。通过理论预测,如果将反应温度升高至1723K,硅粉氮化7.1min后,其转化率可达99%。本文提出的方法可连续制备优质氮化硅粉,而且比现有的其他制备方法具有更高的生产效率。     

实验参数和Al质量分数对燃烧合成Ti3AlC2的影响

以Ti、Al和C粉为原料,采用XRD、SEM方法研究压坯压力、保护气氛以及不同Al质量分数对自蔓延燃烧合成Ti3AlC2的影响.结果表明,在150 MPa压力下的试样生成主晶相Ti3AlC2,且其质量分数明显高于过高和过低压力下的试样.其他实验条件相同时氩气保护更有利于主晶相Ti3AlC2的生成.Ti/C=1.5时,Ti3AlC2的衍射峰强度随着原料中Al质量分数的增加而加强.     

实验参数和Al质量分数对燃烧合成Ti3AIC2的影响

以Ti、Al和C粉为原料,采用XRD、SEM方法研究压坯压力、保护气氛以及不同Al质量分数对自蔓延燃烧合成Ti3AlC2的影响．结果表明,在150MPa压力下的试样生成主晶相Ti3AlC2,且其质量分数明显高于过高和过低压力下的试样．其他实验条件相同时氩气保护更有利于主晶相Ti3AlC2的生成．Ti／C=1．5时,Ti3AlC2的衍射蜂强度随着原料中Al质量分数的增加而加强．     

煤中环境敏感性痕量元素的挥发性研究

对我国西北部4个电厂原煤在实验室不同温度下进行燃烧实验,应用原子吸收光谱（AAS）、电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）和仪器中子活化（INAA）等方法对煤和灰样中舡,Pb,Hk,Cd,Co,Se,Mn,U,Th,Be,Mo,Sb,Br和V等14种环境敏感性痕量元素的质量分数进行了测定,通过对比痕量元素在煤与灰样中质量分数的差异以及不同温度下痕量元素的挥发率,研究了在实验室不同温度下痕量元素的转化、分配规律,结合元素的赋存状态和物理化学特性,揭示了影响痕量元素燃烧迁移、分配规律的主要因素．     

硼粉燃烧热测试中助燃剂选取的研究

为了提高助燃法测试硼粉燃烧热值的准确性,探寻助燃剂选取的规律原则,分别选用含硼推进剂研制领域常见的苯甲酸、90方片药、镁粉、某火箭推进剂测试标准药四种物质作为助燃剂,采用干法和湿法两种混合方式,在GR3500氧弹量热计中测试了95级无定形硼粉的燃烧热,进行对比实验研究。结果显示:不加助燃剂,直接测试硼粉燃烧热,点火失败;采用不同的助燃剂,硼粉的燃烧效率不同。分析认为选择的助燃剂应具有易引燃、高热值、高燃温、低成气率的特点,同时燃速应和硼粉相匹配,化学性质应和硼粉具有良好的相容性。另外,混合试样中,助燃剂和硼粉结合地越紧密,混合地越均匀,越能发挥助燃作用.相比于干法混合,湿法混合制作固态药条试样测试硼粉燃烧热值时,硼粉燃烧效率更高。     

基于过渡金属氧化物载氧体的煤矿通风瓦斯处理性能

采用反应管对基于过渡金属氧化物载氧体的煤矿通风瓦斯(VAM)处理性能展开了研究.结果表明,经活化后的三种载氧体均能将CH4完全转化为CO2,其活性顺序为CuO60/γ-Al2 O3>NiO60/γ-Al2 O3>Fe2 O360/γ-Al2 O3;基于CuO60/γ-Al2 O3的CH4转化率随空速的增加而减小,随CuO负载量和床层温度的升高而增大;煤矿通风瓦斯中的CH4浓度越低,CH4转化率达到90%所需的床层温度就越低;对活性物质低分散高负载的CuO60/γ-Al2 O3和活性物质高分散低负载的CuO5.5/γ-Al2 O3两种CuO/γ-Al2 O3系载氧体进行了比较,发现两种载氧体的CH4转化机理均包含有化学链燃烧和催化燃烧两种机理,基于催化燃烧机理的CH4转化率在一定温度下存在极大值,当床层温度高于该极大值温度时,化学链燃烧对CH4转化率的贡献明显大于催化燃烧对CH4转化率的贡献;相同条件下,CuO5.5/γ-Al2 O3的初期活性优于Cu60/γ-Al2 O3,但CuO60/γ-Al2 O3的活性稳定性优于CuO5.5/γ-Al2 O3.     

自蔓延法制备Si3N4粉时的氮气压力

探讨了硅粉在普通氮气和高纯氮气中的高温自蔓延合成反应过程,分析了稀释剂、氮气纯度与压力、成型坯体的气孔率等工艺参数对硅粉自蔓延过程的点火、最高燃烧温度及产物特征的影响.从热力学、动力学及Si3N4热分解过程几个方面分析了低氮气压力下燃烧合成Si3N4的可行性.研究结果表明:只要最高燃烧温度不高于相应氮气压力下Si3N4的热分解温度,就可以用SHS方法合成Si3N4;并在氮气压力为0.6～2.6 MPa时.以纯硅粉为起始原料燃烧合成出游离硅含量小于O.5％,β与α相混合,粒度为1～2 μm的Si3N4粉末;低氮气压力下硅粉的自蔓延合成反应,必须要引入Si3N4稀释荆,压坯气孔率控制在0～70％,否则反应不能进行;体系最高燃烧温度随着氮气压力和压坯气孔率的增加而升高;所需的最低氮气压力随硅粉粒度增大而提高;产物形态沿圆柱样径向有差异,由外到里β—Si3N4相明显增加.     

化学链燃烧中赤铁矿氧载体的本征反应动力学研究

本文对一种化学链燃烧所用赤铁矿氧载体进行了本征还原反应动力学研究。氧载体颗粒的比表面积及孔径分布测试显示此种氧载体的孔隙率为0.031,表明此种氧载体结构致密,孔隙结构不发达。热重反应器上进行的程序升温还原实验结果显示氧载体的还原反应分阶段进行,并确定第一还原阶段的温度测试窗口为400~650°C。在排除了氧载体颗粒内外扩散的影响后,批次流化床实验分析确定反应的本征活化能为138.55 k J/mol,指前因子为6.8×1013s-1。通过对内外扩散因素的分析,加深了对此种氧载体颗粒与CO的宏观反应特性的认识。本研究结论与前人关于缩核模型、外扩散控制以及较小的表观活化能的研究结论具有良好的相容性。     

煤燃烧过程中痕量元素分布规律的实验研究

以流化床燃煤过程为研究对象，在实验室小型一维煤粉燃烧炉上进行实验，研究了煤燃烧过程中痕量元素的排放特点．实验模拟流化床低温燃烧的特点，采用焦作无烟煤、西山贫煤、六盘水贫煤、萍乡烟煤、平顶山烟煤和小龙潭褐煤等6种典型煤分别在650℃，800℃和950℃3个工况下燃烧，结果表明Hg在灰中几乎不富集，是易挥发的痕量重金属元素；Pb在灰中的含量随温度升高有下降的趋势，部分富集在细微颗粒上随烟气排出；Cr和CA两种痕量元素大部分留在灰渣中，不易挥发。     

铁基载氧体化学链燃烧还原过程的数学模型

为了研究铁基载氧体的反应特性,基于未反应缩核模型建立了移动床内铁基载氧体颗粒还原过程的一维数学模型.模型中考虑了铁基载氧体与H2、CO的多级还原反应,气体组分体积分数模拟值与实验值的平均误差为6.9％,总还原度的平均误差为11.2％.研究表明:铁基载氧体在移动床反应器内最终还原度约为23％,主要进行的反应是第一级和第二级还原反应,第一级和第二级还原度分别为95％和40％;提高反应器内温度、选择合适的载氧体粒径及气固比有助于增加反应的深度,提高合成气及铁基载氧体的利用率,载氧体粒径建议取1 ～2mm.     

煤中微量元素及其在燃烧过程中释放的研究现状

对煤燃烧过程中微量元素释放的国内外研究现状进行了综述。描述了煤中微量元素的含量分布 ,总结了燃烧气体与固体产物中微量元素的形态、分布及富集特性 ,阐明了燃烧过程中微量元素形态转变机理。最后 ,简单介绍了微量元素的释放控制方法和技术 ,并探讨了微量元素今后研究的若干方向。     

基于铁基载氧体的甲烷化学链燃烧数值模拟

基于Gibbs自由能最小化原理,建立了以Fe2O3为载氧体的甲烷化学链燃烧模型,研究了流化床燃料反应器内反应物摩尔比、温度以及操作压力对反应产物分布和载氧体反应活性的影响,并揭示了其反应机理.结果表明:当Fe2O3与CH4反应物摩尔比保持在12左右,反应器温度控制在850～900℃范围时,出口处CO2的摩尔分数达到最大...     

烧结矿应用于化学链燃烧的反应特性

本文通过热重实验研究了烧结矿作为载氧体的H2还原反应特性,将其与通过溶解法制备的Fe2 O3/Al2 O3载氧体进行了氧化还原反应性比较,在500~1250℃范围内研究了温度对于烧结矿还原反应过程的影响,在950℃下进行了30次循环反应实验,采用四种模型进行了反应动力学分析.结果表明,烧结矿的H2还原转化率大于80%,可以完全再氧化,并具有良好的循环反应性能.在500~950℃范围内,随温度升高还原反应速率及最终转化率都显著增加;而当温度高于1100℃时,在反应后期还原反应速率和最终转化率有下降的趋势.在500~950℃范围内,对烧结矿的还原过程第一反应阶段( Fe2 O3-Fe3 O4/FeO,还原转化率<25%)可采用二阶反应模型( M2)拟合,得到表观活化能为E=36.018 kJ·mol-1,指前因子为A0=1.053×10-2 s-1;第二反应阶段(Fe3O4/FeO-Fe,还原转化率>25%)采用收缩核模型(M4)拟合,得到的表观活化能为E=51.176 kJ·mol-1,指前因子为A0=1.066×10-2 s-1.     

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的数值模拟

炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉炼铁新技术的工艺特点决定了煤粉在其回旋区内的燃烧条件与传统高炉相比将发生很大变化.本文建立了氧气高炉直吹管—风口—回旋区下部煤粉流动和燃烧的数学模型,研究了入口布置方式、氧含量、循环煤气温度以及H2 O和CO2含量对煤粉燃烧的影响.模拟结果表明：三种引入方式中,假想的循环煤气和氧气混合进入方式明显优于循环煤气和氧气单独进入方式.当氧的体积分数由80%增加到90%,相应的煤粉燃尽率由87.525%提高到93.402%.循环煤气温度对煤粉燃尽率的影响并不显著.循环煤气中H2 O和CO2的体积分数提高5%,风口轴线上气体的最高温度分别降低124 K和113 K.     

化学链燃烧钴基载氧体炉内脱汞机理研究

煤化学链燃烧炉内脱汞对降低煤燃烧单质汞的排放有重要意义,但是汞在载氧体作用下的氧化机制尚不明确。本文采用Co3O4载氧体在固定床反应器中进行脱汞实验,并在线检测反应器出口Hg0浓度。通过热力学计算揭示Hg0的催化氧化机制。实验结果表明,HCl与Co3O4的异相反应和HCl与Hg0的均相反应对Hg0脱除效率贡献都很大。随...     

微细直管内甲烷/氧气燃烧的实验和数值模拟

为了解微小燃烧室的工作特点,建立了微细直管的实验系统,采用氧气和甲烷气体进行了2种混合比的燃烧实验,实时采集壁面的温度分布。同时考虑微细直管内的燃烧、流动,以及与外界的换热,采用三维数值模拟方法对该微细直管燃烧室进行了数值计算,数值模拟结果与实验结果比较一致。研究结果表明:微细直管的内径较小,充分燃烧需要很长的微细直管;微细直管与外界的换热量很大,占总燃烧放热的40%左右,其中辐射换热量最大,占总换热量的70%,燃烧室需要采用低发射率的材料来减小辐射散热损失。     

微细直管内甲烷/氧气燃烧的实验和数值模拟

为了解微小燃烧室的工作特点,建立了微细直管的实验系统,采用氧气和甲烷气体进行了2个混合比的燃烧实验,实时采集壁面的温度分布。同时考虑微细直管内的燃烧、流动,以及与外界的换热,采用三维数值模拟方法对该微细直管燃烧室进行了数值计算,数值模拟结果与实验结果比较一致。研究结果表明,微细直管的内径较小,充分燃烧需要很长的微细直管;微细直管与外界的换热量很大,占总燃烧放热的40%左右,其中辐射换热量最大,占总换热量的70%,燃烧室需要采用低发射率的材料来减小辐射散热损失。     

煤粉燃烧两相流的数值模拟

由于煤粉燃烧受热面区域的气固两相流场测量难度大,为预测煤粉燃烧炉内部流场与两相流浓度场分布规律,以FLUENT为平台,建立了煤粉燃烧炉模型,用PDF来定义燃料成分,气相湍流流动采用标准的k-ε方程模型,气相为无滑移边界条件。颗粒相采用随机轨道模型。利用有限差分法来离散微分方程,对控制方程的求解采用SIMPLE算法。得到了燃烧炉内部温度场,煤液化率的分布规律及煤粉的颗粒轨迹。揭示了挥发分释放与燃烧的过程,剖析了焦炭的燃烧机理,为煤粉在分解炉内的优化燃烧提供了重要的理论参考依据。模拟结果有助于煤粉炉改造和节能。