含生物质破岩燃烧剂的试验研究

作     者：朱茂林 

作者单位：安徽理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢兴华

授予年度：2024年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0802[工学-机械工程] 

主      题：废弃生物质 破岩燃烧剂 非炸药爆破 花生壳 

摘      要：近年来,随着我国经济的高速发展,传统爆破技术已广泛应用于矿山开采、构筑建筑物拆除等领域。工业炸药的使用产生了很多安全和环境问题,因此,非爆炸性爆破技术日渐重要。能源短缺与环境污染已然成为当今世界必须直面的两大难题,作为一种可再生的清洁能源,生物质能受到广泛关注。基于生物质废弃物的破岩燃烧剂的研制与爆破应用,既是拓展非炸药爆破领域与生物质资源化利用领域的应用途径,也对资源可持续性破岩燃烧剂的发展具有重要意义,同时更加符合我国目前提出的“双碳减排战略与绿色环保发展理念。 为了探究废弃生物质在破岩燃烧剂中替代部分铝粉的可行性,对废弃生物质破岩燃烧剂进行了对外做功能力测试;采用DTA-TG和TG-FTIR实验对废弃生物质破岩燃烧剂进行了热分解性能分析;采用等转化率法和非线性回归方法,提出了一种精确描述花生壳破岩燃烧剂分解的动力学模型;探究了废弃生物质的使用对实际工程应用时破岩效果的影响。 采用弹道抛掷法进行了对外做功能力测试,通过抛掷做功能力测试,验证了废弃生物质应用于破岩燃烧剂的可行性。随着废弃生物质的加入,破岩燃烧剂的做功能力有着明显的增加。在四种废弃生物质中,花生壳对其做功能力的提升最大。在花生壳的含量由0%增大到30%的过程中,破岩燃烧剂的做功能力从33.03J.g-1增加到了52.65J.g-1;在花生壳含量由30%增大到50%的过程中,破岩型燃烧剂的做功能力从52.65J.g-1降低到了43.74J.g-1。可以看出最优配方设计为KNO3:铝粉:花生壳粉末=70:21:9,此时,做功能力增加了59%。 采用DTA-TG和TG-FTIR对废弃生物质破岩燃烧剂进行了热分解特性分析。花生壳粉末和玉米秸秆的加入使得其第二失重阶段起始温度后移,使废弃生物质破燃烧剂感度降低;小麦秸秆和玉米秸秆的加入使其感度升高。TG-FTIR实验结果表明,花生壳破岩燃烧剂在分解过程中生产了氨气、氮氧化物（NOx）、氧化碳（CO2或CO）、炔烃和水蒸气等气体产物。花生壳破岩燃烧剂热分解分为三个阶段:先是花生壳热解;然后是硝酸钾与铝粉、花生壳反应;最后是硝酸钾与花生壳热解产生的焦炭反应。 利用等转化率法和非线性回归法,证明了花生壳破石燃烧剂的分解遵循自催化1.0738-Prout-Tompkins方程,动力学机制函数为fα=1-α1.0738?α0.0888。此外,活化能和指数前因子分别为111.41k Jmol-1和2.138×103 s-1。此外,花生壳破岩燃烧剂气体产物的理论体积为223.60 cm3·g-1;破岩燃烧剂气体产物的理 论体积为84.74 cm3·g-1。是不含花生壳的2.64倍,说明添加花生壳有利于改善破碎岩的效果。因此,从花生壳部分替换为铝粉是可行的。 在实际破岩工程应用中,在破岩燃烧剂中加入废弃生物质后使得其爆破后石块的平均破块度和不均匀系数都由有相应的降低,证明了废弃生物质可以提高破岩燃烧剂的破岩效果。 图[27]表[28]参[83]