【摘要】：中國已連續(xù)多年成為世界上最大的水泥生產(chǎn)國,水泥行業(yè)早已成為居火力發(fā)電之后的工業(yè)生產(chǎn)第二大CO_2排放源,其采用氧燃燒富集CO_2對水泥行業(yè)的碳減排有重大意義。而水泥生產(chǎn)過程中易揮發(fā)有害組分(硫、氯、堿金屬)在窯爐內(nèi)的循環(huán)富集是新型干法水泥生產(chǎn)過程中的特有現(xiàn)象,其中堿金屬的循環(huán)富集會帶來一系列不利影響:堿金屬的氧化物是水泥爐窯結(jié)皮的重要組成成分,堿金屬量過高還會使高溫液相黏度增大,致使熟料煅燒過程中結(jié)塊;此外,堿金屬會通過與生料中的Al_2O_3,SiO_2,SiC等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)來損耗耐火材料,從而引起硅鋁質(zhì)耐火材料異常膨脹,熱面剝落和嚴(yán)重侵蝕,大大縮減耐火材料的壽命;堿金屬還會影響熟料的燒成質(zhì)量,從而嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。本文選用某水泥廠的生料為研究對象,通過管式爐結(jié)合J200 LIBS一體機和自建激光臺架進(jìn)行了等溫和非等溫實驗研究水泥生料分解時堿金屬的釋放情況,系統(tǒng)的研究了分解氣氛、分解溫度對堿金屬釋放特性的影響,并結(jié)合實驗結(jié)果深入分析了分解氣氛及溫度對堿金屬釋放影響的機理。在等溫分解條件,20%O_2~80%N_2分解氣氛下,水泥生料分解時堿金屬的釋放量隨著分解溫度的升高而增大,在850℃時Na、K的揮發(fā)率分別為52%和53%,而在1000℃時,則Na、K的揮發(fā)率為64%和71%。其原因首先是鉀的化合物較鈉的化合物易于揮發(fā),其次不同的堿金屬化合物的揮發(fā)溫度不同,其中氯化物最易揮發(fā)、其次為堿金屬的氫氧化物,最后為堿金屬的硫化物。在20%O_2~80%CO_2氣氛下,850℃下Na、K的揮發(fā)率分別為16.4%和43.7%,1000℃下為54%和60%。其原因為CO_2分壓的增大會對生料中石灰石分解時的傳熱、傳質(zhì)造成較大影響,從而影響其中的堿金屬的受熱釋放,其次高CO_2分壓可能會促進(jìn)生成堿金屬的碳酸鹽,而堿金屬的碳酸鹽不易揮發(fā)。水泥生料在非等溫分解條件下堿金屬的釋放情況與等溫分解條件下不同。在非等溫分解條件下,通過能量計測量發(fā)現(xiàn),在相同的加熱功率下,在20%O_2~80%N_2氣氛下的溫度高于20%O_2~80%CO_2氣氛下的溫度,其原因為CO_2的比熱容較大。此外,由于無法準(zhǔn)確測量加熱處的溫度,因此只對相同氣氛下,不同加熱功率下堿金屬的釋放特性進(jìn)行對比。水泥生料分解時,煙氣中堿金屬的含量隨時間的成單峰變化趨勢,且在20s附近達(dá)到頂峰,之后迅速降低并維持在一個較低的水平趨近于零。在20%O_2~80%N_2氣氛下,其堿金屬的釋放時間隨著加熱功率的升高而減短,在20%O_2~80%CO_2氣氛下堿金屬的釋放時間隨加熱功率的升高而不變,其堿金屬的主要揮發(fā)時間均在50s附近完成。
【圖文】：

圖 2-1 能量躍遷示意圖[49]圖 2-1 可知，能量ε>0 的區(qū)域即原子的離化限的上部區(qū)域為能量連續(xù)區(qū)域為準(zhǔn)連續(xù)區(qū)，且連續(xù)區(qū)的電子均為自由態(tài)，而準(zhǔn)連續(xù)區(qū)電子主要這是由高密度的電子、離子電場導(dǎo)致原子與離子能級的展寬，使得能級。以上電子的三種形態(tài)會存在能量的相互躍遷，進(jìn)而形成光譜的連續(xù)背體效應(yīng)，從而對光譜的定量分析產(chǎn)生影響。子狀態(tài)的不同進(jìn)而形成不同的輻射。激發(fā)輻射（bound-bound emission近，為一系列的分立能級，其電子處于束縛態(tài)；復(fù)合輻射（free-bound續(xù)區(qū)域，為連續(xù)光譜。韌致輻射（free-free emission）屬于能量躍遷的子在這一區(qū)域內(nèi)發(fā)生電子-離子庫侖碰撞，使電子因碰撞而產(chǎn)生減速度能量以光子形式輻射出去。其韌致輻射也為連續(xù)光譜。續(xù)背景的形成與激光激發(fā)的時間有關(guān)，因此為了降低或消除連續(xù)背景需個合適的等離子體形成延遲時間，本文通過相關(guān)的嘗試性實驗來得到信

山灰 2.39 91.42 2.92 2.31 0.97 0.56 - - - .1.2 實驗裝置及方法實驗樣品的預(yù)處理采用的裝置為管式爐，其系統(tǒng)圖如 3-1 所示，由高壓氣瓶、流、混氣罐、加熱爐、溫控儀和非分散式紅外煙氣分析儀及連接管組成。實驗樣品在石英管中，由圍繞在四周的碳硅加熱棒進(jìn)行輻射加熱，反應(yīng)區(qū)域溫度由熱電偶傳輸?shù)?PID 溫度控制器，再由 PID 控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)穩(wěn)定實驗所需溫度。小瓷舟的為 30mm*100mm，將樣品放于耐高溫的小瓷舟中均勻鋪平成薄薄一層，為保證受分，，每個瓷舟中樣品質(zhì)量為 250mg（±1.5%），實驗樣品在 20%O2/80%CO20%O2/40%CO2/40%Ar、20%O2/80%N2三種氛圍下煅燒 0.5h，煅燒溫度分別為 8500℃、950℃、1000℃，具體實驗方案如表 3-3 所示。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ172.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2685812