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基于后喷环境下DOC氧化性能影响因素的试验研究

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基于后喷环境下DOC氧化性能影响因素的试验研究

作者：裔静江苏大学

学位级别：硕士

DOC作为后处理系统的重要组成部分,其升温特性直接影响DPF再生的及时性和有效性。同时,DOC对后喷排气组分的转化效率直接影响到DPF再生过程中的有害物质排放。因此,本项目提出基于后喷环境下DOC氧化性能影响的试验研究,以均匀涂覆的整... 详细信息

DOC作为后处理系统的重要组成部分,其升温特性直接影响DPF再生的及时性和有效性。同时,DOC对后喷排气组分的转化效率直接影响到DPF再生过程中的有害物质排放。因此,本项目提出基于后喷环境下DOC氧化性能影响的试验研究,以均匀涂覆的整体式商用DOC作为研究对象,利用模拟气试验平台,分析DOC出口端的温度变化规律及DOC调节NO/NO比率的影响机制,为实现较低排气温度下的DPF再生,进一步优化再生控制策略提供了试验基础。主要工作和结论如下:(1)基于模拟气试验平台,开展CH/O/HO和CH/NO/O/HO氛围下的程序升温试验,探究温度对DOC氧化性能的影响,评价不同温度条件下排气组分的转化效率,同时分析各组分间的相互作用。结果表明:在低温环境下,DOC催化剂活性受温度限制,CH转化率较低。此外,CH易附着在催化剂表面活性位上,对DOC催化氧化CH具有抑制作用。在高温条件下,CH转化率并没有因为CH浓度增加而降低。当温度大于400℃时,CH化学吸附效果减弱,降低或消除了其对CH氧化的抑制作用。在低温条件下,DOC催化氧化NO同样受温度控制,随着温度升高,催化剂活性提升,NO生成量增加;在高温条件下,NO氧化受热力学平衡限制,随着温度进一步升高,NO生成量降低。CH对NO氧化性能具有抑制作用,从而导致NO起燃温度升高和NO生成率降低。(2)采用模拟气试验的方法,在10000℃范围内选取温度点,开展DOC作用下的CH/O/HO和CH/NO/O/HO氛围恒温氧化试验,探究不同反应条件下DOC升温特性和对各排气组分转化率的影响机制。结果表明:DOC作用下,CH/O/HO组分在300、400和500℃时的升温幅值由高到低顺序为:θ>θ>θ。DOC出口气体升温幅值与CH浓度之间存在线性关系,随着CH浓度升高,各温度条件下的升温幅值均逐渐增大。此外,在低温条件下,由于CH的化学吸附性和NO的强氧化性,导致CH对NO氧化产生抑制作用。同时,当通入1.1%CH时,其会与NO发生反应,将NO还原为N,从而降低NO生成。在高温条件下,CH对NO氧化性能的抑制作用是由于NO的强氧化性,并且当CH浓度为1.1%时,其与O反应会释放热量,导致温度上升,NO氧化受热力学平衡限制,导致NO生成量降低。(3)利用模拟气试验平台,开展周期性循环试验。在NO/O和NO/O/H氛围下探究CH和H对NO生成量及DOC氧化性能的影响。结果表明:通入1.1%CH,NO生成量明显降低。当试验时间较长时,NO/O/H氛围中NO生成量的峰值逐渐下降。H与催化剂中的Pt发生钝化反应生成化学吸附性强的H*,H*会占据催化剂表面的活性位点,从而阻碍NO氧化。

关键词：柴油机后喷 DOC 升温特性 NO2/NO

含碳碳酸锰矿粉与含碳氧化锰矿粉微波加热特性对比研究

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含碳碳酸锰矿粉与含碳氧化锰矿粉微波加热特性对比研究

作者：潘小娟太原理工大学

学位级别：硕士

我国的锰矿石类型主要是碳酸锰矿和氧化锰矿,储量虽然丰富,但百分之九十以上属于难选冶的细粒贫锰矿,且高磷、高铁、高硅。在开采的锰矿石中,百分之九十以上用于生产锰系铁合金和金属锰。随着钢铁工业的迅猛发展,特别是以锰代镍、节镍... 详细信息

我国的锰矿石类型主要是碳酸锰矿和氧化锰矿,储量虽然丰富,但百分之九十以上属于难选冶的细粒贫锰矿,且高磷、高铁、高硅。在开采的锰矿石中,百分之九十以上用于生产锰系铁合金和金属锰。随着钢铁工业的迅猛发展,特别是以锰代镍、节镍型铬锰系不锈钢的高速发展,使得锰系铁合金和电解金属锰的需求量猛增。由于我国锰矿石品位低,目前国内锰系铁合金的生产必须搭配一部分进口富矿,锰矿进口依存度逐年递增;而且,经过选矿处理和块矿运输产生的大量粉状锰矿不能直接入炉使用,需要进行人工造块。微波能是一种新型的加热能源,其显著优点是可以实现粉状物料快速选择性体加热,避免传统加热方式带来的粉状物料传热不均的现象。碳酸锰矿粉、氧化锰矿粉以及无烟煤粉都具有较好的微波吸收性能,利用微波加热含碳(贫)锰矿粉,加热过程不受常规传热规律的影响,可以实现物料快速升温,最大限度地发挥含碳锰矿粉在高温下的自还原特性,获得一定金属化率的海绵锰铁粉。微波加热是通过冶金粉状物料在微波场中的介电损耗以及在还原过程中形成的金属化物的磁介质损耗使微波能转化为热能,从而实现物料快速升温和快速还原。因此,在含碳碳酸锰矿粉和含碳氧化锰矿粉的微波加热还原过程中,研究物料的升温特性和电磁性能对分析其在微波场中的还原反应动力学具有重要意义。本文对微波加热含碳碳酸锰矿粉和含碳氧化锰矿粉的升温特性和电磁性能进行了对比研究。试验结果表明,含碳碳酸锰矿粉和含碳氧化锰矿粉均具有较好的升温特性,但后者的升温速率更快,加热时间更短。二者均属于介电型的吸波物质,其升温过程主要通过介电损耗转化微波能,但含碳碳酸锰矿粉的介电性能明显弱于含碳氧化锰矿粉,它们的磁性能相差不大,二者在升温性能上的差异主要是由微波加热过程中还原物料介电性能的差异引起的。微波加热过程中,影响还原物料升温特性和电磁性能的主要因素有:原料的成分和结构、物料的配碳比、加热温度等。随着配碳比的提高,还原物料的升温性能和电磁性能均有所提高;随着物料温度的提高,还原物料的升温性能和电磁性能略有下降。

关键词：含碳碳酸锰矿粉含碳氧化锰矿粉微波加热升温特性电磁性能

煤矸石的微波加热特性及其煤层气脱氧工艺研究

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煤矸石的微波加热特性及其煤层气脱氧工艺研究

作者：郭旋太原理工大学

学位级别：硕士

煤层气和煤矸石是采煤过程产生的两种废弃物,煤层气的主要成分为甲烷,是一种潜在的非常规天然气资源。由于在井下抽采作业时混入空气,直接使用容易发生爆炸,因此必须首先进行脱氧处理;煤矸石是一种热值低、灰分高、难于燃烧的固体废弃物... 详细信息

煤层气和煤矸石是采煤过程产生的两种废弃物,煤层气的主要成分为甲烷,是一种潜在的非常规天然气资源。由于在井下抽采作业时混入空气,直接使用容易发生爆炸,因此必须首先进行脱氧处理;煤矸石是一种热值低、灰分高、难于燃烧的固体废弃物,大量堆放会占用土地并且带来严峻的环境污染问题。本课题组在前期研究中提出加热煤矸石进行煤层气脱氧的工艺,可有效脱除煤层气中的O2和煤矸石中的碳,同时实现两种废弃物的资源化利用。但传统电炉加热时间长、能量利用效率低,在大规模工业应用中经济性较差。而微波辐射是一种快速高效的加热方式,目前已成功应用于选矿和冶金工业中。本文以微波加热煤矸石脱除煤层气中的O2为主要内容,针对煤矸石的微波加热特性、不同工艺参数对脱氧效果的影响规律及其背后的机理性原因进行了研究与讨论,并得到了最优的工艺参数,具体研究内容和结果如下:(1)通过常规与微波加热对比,发现煤矸石在微波加热下可快速升温。经过对煤矸石组分微波加热性能的研究,发现其中非炭质的矿物组分微波吸收较弱对材料升温作用不大,炭质组分的存在是煤矸石快速升温的主要原因。另外炭质组分的石墨化则进一步提高了材料的微波加热性能。(2)针对煤矸石炭质组分石墨化的现象,采用TEM、XRD、Raman等进行了研究。结果表明,随着温度的升高,煤矸石结构变得规整,石墨化程度加大,煤矸石的微波加热性能提高。该过程可能是微波作用使得碳迁移更加有序,从而实现了炭质组分在较低温度下的石墨化,焦炭在微波加热下的石墨化转变进一步强化了该认识。(3)本文讨论了微波加热前后煤矸石织构性质变化对脱氧效果的影响,结果表明微波加热提高了煤矸石的比表面积,促进了其与煤层气的接触,增强了脱氧效果。(4)针对脱氧过程中甲烷损失现象,结合实验结果与文献相关研究进行了深入讨论,结果表明甲烷裂解可能是导致甲烷损失的主要原因。反应温度升高和煤矸石中炭质组分含量增加都会促进甲烷的裂解。(5)研究了微波加热温度,煤矸石种类、用量、粒径以及煤层气氧含量对脱氧效果和甲烷损失的影响。结果显示,微波加热温度通过改变氧化反应速率和甲烷裂解量影响煤层气的脱氧效果;不同煤矸石因炭质组分含量不同,导致脱氧效果不同;煤矸石用量影响与煤层气的接触面积和接触时间,而粒径的变化影响堆积孔隙率,从而影响O2脱除效果;煤层气中的氧含量越高越有利于甲烷裂解反应。优化后最佳工艺条件:温度650 oC,煤矸石粒径124μm,用量100 g,流速300 mL/min,对氧含量小于16.8%的煤层气脱氧,可实现O2含量低于1%,CH4损失低于2.2%的结果。

关键词：微波加热煤层气煤矸石升温特性脱氧石墨化

含碳铬铁矿粉微波加热体还原热力学及动力学研究

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含碳铬铁矿粉微波加热体还原热力学及动力学研究

作者：李宁太原理工大学

学位级别：硕士

我国铬铁矿资源非常贫乏，进口依存度已达到95％。随着世界上铬铁矿资源的增量开采，适合冶金要求的块矿逐年减少，而粉矿逐年增加。据报道，目前世界上铬铁矿年开采量已达到1700万吨，其中粉矿(粒度＜8mm)已占到3／4，而块矿仅占到1／... 详细信息

我国铬铁矿资源非常贫乏，进口依存度已达到95％。随着世界上铬铁矿资源的增量开采，适合冶金要求的块矿逐年减少，而粉矿逐年增加。据报道，目前世界上铬铁矿年开采量已达到1700万吨，其中粉矿(粒度＜8mm)已占到3／4，而块矿仅占到1／4。因此，研究价格便宜的用铬铁矿粉生产铬铁的工艺流程就具有重大的意义。目前，用粉状铬铁矿冶炼铬铁的方法有直接入炉冶炼和预处理冶炼两大类。直接入炉冶炼有矿热炉冶炼和等离子炉冶炼两种工艺;预处理冶炼则有烧结、球团和压块三种工艺。等离子技术的优点是可以直接利用细粉原料和廉价的碳质还原剂生产高碳铬铁，美国、南非、英国等相继研制出了各种等离子炉，有的已进入了工业应用阶段。但是现在，在工业上大规模应用等离子炉还存在着诸如等离子枪寿命短、能耗高等技术问题，且该工艺在生产中碳、低碳铬铁中受到限制。铬铁矿粉经过烧结、球团和压块等制备工艺预处理后，可用于传统的矿热炉或高炉冶炼碳素铬铁，但其造块规模和设备更新受到严格限制。烧结铬铁矿具有强度高、透气性好、还原性好等优点，但因烧结工艺基建投资大、能源消耗高，且污染环境，使得铬铁矿粉的应用技术也受到很大限制。用铬铁矿石直接还原合金化，虽然可以大幅度降低生产成本，加快还原进程，但铬铁矿原料需要一定的粒度，冶炼中无法使用细粉矿。从20世纪80年代以来，我国对铬铁矿粉的利用技术进行了大量研究，但是如何找到一种较好的方法利用铬铁矿粉生产铬铁或者含铬铁水，尤其是含碳低的铬铁，仍然是冶金工作者所面临的一项重要研究课题。微波是一种特殊的电磁波，其频率范围为300MHz～300GHz(波长在100cm～1mm)，位于电磁波谱的红外辐射(光波)和无线电波之间。微波的基本性质与太阳光相似，波速与光速(3×10米／秒)相同。微波对粉矿具有明显的加热效应，和传统加热方法相比，其具有如下特点：(1)体积性加热;(2)选择性加热;(3)非接触性加热;(4)即时性加热;(5)无污染性加热。微波能是一种辐射型加热能源，其显著的优点是可以实现对冶金粉状物料进行快速选择性体加热，它不依靠物料颗粒之间传递热量，而是依靠物料自身的介电性质转换微波能量，产生热量，从而消除了传统加热方式所带来的粉状物料传热传质不均匀的现象。利用微波体加热特性和含碳铬铁矿粉自还原特性，在半封闭系统中采用微波加热，可以实现含碳铬铁矿粉的快速还原，获得一定金属化率的海绵铬铁。本文选取了印度铬铁矿粉、无烟煤粉和钙质石灰粉所配置的含碳铬铁矿粉为实验物料，在微波加热功率10kW、混合物料质量1kg的条件下，在温度分别为1000℃、1100℃、1200℃、1300℃(大气压力下且无保护气氛)时，使用20kW可调式微波冶金实验炉，在频率2.45GHz微波场中，对比分析了不同配碳比含碳铬铁矿粉的升温特性，并对其热力学及动力学规律进行了深入的研究。实验结果表明：在本文实验条件下，变化含碳铬铁矿粉的配碳比(C：O近似为0.8561、0.9527、1.1213)。随着配碳比的逐渐提高，微波加热含碳铬铁矿粉的升温速率随之有所提高。当物料加热到1200℃时，其升温速率分别为66.67℃／min·kg、80.00℃／min·kg、85.71℃／min·kg;固定配加5％的钙质石灰粉后，然后变化含碳铬铁矿粉的配碳比(C：O近似为0.842、1.1941、1.5941)。配加钙质石灰粉后，在低配碳比下，物料初始的升温速率有所下降。但随着配碳比的逐渐提高，物料总体的升温速率亦随之有所提高。当物料加热到1100℃时，其升温速率分别为73.33℃／min·kg、68.75℃／min·kg、91.66℃／min·kg。含碳铬铁矿粉在频率2.45GHz微波场中具有良好的升温特性，其升温速率方程可以近似表达为：T=at+b(第一阶段)和T=(ct+d)(第二阶段);含碳铬铁矿粉易为微波加热体还原。在C：O原子摩尔比为0.842、CaO：SiO分子摩尔比为0.3939的条件下，微波加热还原含碳铬铁矿粉在1000℃、1100℃、1200℃、1300℃时的升温速率分别为62.5℃／min、68.75℃／min、70.59℃／min、72.22℃／min。微波加热含碳铬铁矿粉固-固相体还原反应的反应级数为一级，反应的表观活化能为51.48kJ／mol，CO气体在矿-煤介电颗粒间产物层中的传质是整个还原反应的速度限制性环节。

关键词：含碳铬铁矿粉微波加热体还原升温特性热力学动力学

铁氧化物微波场中升温行为及其煤基直接还原研究

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铁氧化物微波场中升温行为及其煤基直接还原研究

作者：王华中南大学

学位级别：硕士

随着世界钢铁工业的快速发展,以高炉为主导的炼铁流程已经发展到鼎盛时期,具有技术成熟、生产能力大、效率高等优点,但是由于其流程长、投资大、能耗高、污染重等缺点,在焦煤短缺、价格昂贵的当今世界,开发清洁、高效的非高炉炼铁工艺... 详细信息

随着世界钢铁工业的快速发展,以高炉为主导的炼铁流程已经发展到鼎盛时期,具有技术成熟、生产能力大、效率高等优点,但是由于其流程长、投资大、能耗高、污染重等缺点,在焦煤短缺、价格昂贵的当今世界,开发清洁、高效的非高炉炼铁工艺已成为当务之急。本论文进行了铁氧化物微波场中升温行为及其煤基直接还原基础研究,为开发微波加热氧化球团煤基直接还原新工艺提供理论指导。与传统加热方式不同,微波加热是利用电磁场中冶金物料的介电损耗和磁损耗使物料整体加热。升温试验结果表明：铁及其氧化物粉末和团块都是良好的微波吸收体,并且团块在微波场中的升温快于粉末的升温,它们在微波场中的升温可分为前后两个阶段——快速升温阶段和缓慢升温阶段,前段升温速率顺序为：Fe3O4＞FeO＞Fe＞Fe2O3。其中Fe2O3粉末和团块前段升温缓慢,后段升温速度加快;而Fe3O4、FeO、Fe粉末及其团块前段升温较快,后段升温较慢。氧化球团和无烟煤也是良好的微波吸收体,并且无烟煤的升温快于氧化球团的升温。在不同微波功率、质量和粒级条件下对氧化球团和无烟煤进行升温性能研究,结果表明：当功率为1.3KW、球团质量为160g、粒级为12-16mm时升温速率最快,温度升至1050℃C的时间为42min;当功率为1.3KW、无烟煤质量为80g、混合粒级时升温速率最快,温度升至1080℃的时间为43min。研究了脉石成分在微波场中对Fe2O3团块或氧化球团的升温特性和还原过程的影响,结果表明：SiO2、Fe2O3在团块中吸收微波出现“叠加效应”,使升温速率变快;氧化球团中的脉石成分会引起局部的“热应力”,导致球团内部产生裂纹,有利于还原气体的扩散。采用扫描电镜分析了在微波作用下铁及其氧化物的结构性能变化,揭示了颗粒之间存在相互迁移、长大的规律。在微波输入功率为1.3KW条件下,Fe2O3团块温度升高到1050℃时,Fe2O3颗粒直径从0.25μm长大至1.2μm;Fe3O4团块温度升高到650℃C时,颗粒直径从1μm长大至7μm。微波作用后铁及其氧化物团块的强度顺序为：Fe＞ Fe3O4＞FeO＞Fe2O3。对Fe203团块和氧化球团微波加热煤基还原试验进行了研究,结果表明：随着还原终点温度和C/Fe的增加,还原团块与还原球团的金属化率、金属铁含量以及全铁含量也随之增加。

关键词：微波加热铁氧化物氧化球团升温特性煤基还原

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电加热地板辐射采暖启动过程特性研究

石家庄铁道大学学报（自然科学版） 2016年第1期29卷 75-79页

作者：罗勇杨炀石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043 河北科技大学建筑工程学院河北石家庄050018

基于能量守恒及传热学的基本理论,建立了电加热地板辐射采暖启动过程的数学模型,开发了用于预测各特征点温度随启动时间变化的计算软件。特征点分别为室内空气温度、地板上、下表面温度,屋顶的内、外表面温度,以及围护结构内、外表面的... 详细信息

基于能量守恒及传热学的基本理论,建立了电加热地板辐射采暖启动过程的数学模型,开发了用于预测各特征点温度随启动时间变化的计算软件。特征点分别为室内空气温度、地板上、下表面温度,屋顶的内、外表面温度,以及围护结构内、外表面的温度。为了验证程序的合理性,针对同一供暖房间,利用所开发的软件进行了计算并进行了实际测量。结果表明:软件计算值与实测值在合理的误差范围内。利用该软件,综合分析了加热功率、发热电缆覆盖层厚度、围护结构特性以及室外温度等因素对供暖房间升温速率的影响。

关键词：电地暖升温特性数值模拟特征点温度

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红外聚焦炉的应用(日)

电炉 1984年第2期 34-37页

作者：黄一心

“红外聚焦炉”是最近在许多实验室和工厂试验室中使用的一种可快速升温、降温的新型电炉。这种电炉由发射近红外线的红外灯及有反射、聚焦作用的炉体所组成。它除了用作热分析外,目前正投入加热试验,并已开始应用于较小规模的生产线上... 详细信息

“红外聚焦炉”是最近在许多实验室和工厂试验室中使用的一种可快速升温、降温的新型电炉。这种电炉由发射近红外线的红外灯及有反射、聚焦作用的炉体所组成。它除了用作热分析外,目前正投入加热试验,并已开始应用于较小规模的生产线上。本文将介绍一下红外聚焦炉的节能特点及应用。一、红外聚焦炉及其热效率红外聚焦炉是在加热部分的抛物面或椭圆面的焦点处配置棒状红外灯。炉体形状呈管状或平面状。

关键词：红外灯焦炉特长加热炉热处理炉快速加热加热器电阻炉扩散炉硅片 CVD 管状炉氧化时间外延反应炉电炉外延炉升温特性棒状高温氧化

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微波功率对油页岩热解的影响

洁净煤技术 2011年第5期17卷 66-69页

作者：折建梅宋永辉兰新哲赵西成付建平西安建筑科技大学冶金工程学院陕西省冶金工程技术研究中心陕西西安710055

对甘肃油页岩进行了微波热解实验研究,考察了油页岩在微波场中的升温特性及功率对页岩油、半焦、干馏气产率和组成的影响。结果表明:在微波场中油页岩干馏终温可达800℃以上;不同功率下干馏气组成不同,在480 W时干馏气中有效组分(H2+CH4... 详细信息

对甘肃油页岩进行了微波热解实验研究,考察了油页岩在微波场中的升温特性及功率对页岩油、半焦、干馏气产率和组成的影响。结果表明:在微波场中油页岩干馏终温可达800℃以上;不同功率下干馏气组成不同,在480 W时干馏气中有效组分(H2+CH4+CO)达55%以上;随着功率的增大,半焦产率逐渐减小;页岩油产率随功率先增加后减小,在480 W时达到最大值13.5%;而干馏气产率随功率逐渐增大,在480 W时可达10%。

关键词：油页岩微波功率升温特性热解

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中频电磁感应加热空气的效果研究

电子世界 2013年第5期 57-58页

作者：田苗长春理工大学光电工程学院

本文利用中频电磁感应加热技术,在电磁感应磁场中依靠加热装置内部感应加热件所产生的感应热对空气加热得到高温空气。在实验中,利用中频电磁感应加热能快速方便的产生高温空气,同时得出了加热体形状、加热功率对空气温度有重要影响:减... 详细信息

本文利用中频电磁感应加热技术,在电磁感应磁场中依靠加热装置内部感应加热件所产生的感应热对空气加热得到高温空气。在实验中,利用中频电磁感应加热能快速方便的产生高温空气,同时得出了加热体形状、加热功率对空气温度有重要影响:减小加热体与感应线圈之间的距离,可以减小间隙无功功率;增大加热体表面积可以提高出口空气温度。

关键词：电磁感应高温空气升温特性加热件

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