D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.03.046 第31卷第3期 北京科技大学学报 Vol.31 No.3 2009年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar,2009 臭氧对煤粉燃烧的影响 张曦东张建良郭豪龚必侠 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083 摘要根据强紫外线辐射空气可产生臭氧的原理，将经紫外辐射后的空气通入热天平与煤粉发生燃烧反应，采用热分析方 法研究臭氧对煤粉燃烧的影响·实验表明紫外辐射空气得到的少量臭氧使煤粉燃烧的失重和放热时间提前·对煤粉燃烧的 动力学进行分析，结果显示臭氧使煤粉燃烧反应的活化能降低·紫外线激发高温氧气产生氧原子的热力学计算结果表明：温 度越高，氧分子越容易被紫外线激发为氧原子.提出了使用强紫外线辐射热风促进高炉喷煤燃烧的设想 关键词臭氧；紫外辐射；煤粉燃烧；高炉喷煤 分类号TF538.6+3 Effect of ozone on coal combustion ZHA NG Xi-dong.ZHA NG Jian-liang,GUO Hoo.GONG Bi-xia School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT With the principle that ozone generates when air is exposed to strong UV radiation.UV-radiated air flowed into a ther- mobalance to react with pulverized coal.The thermal analysis method was used to study the effect of ozone on coal combustion.It is showed that small amount of ozone can advance the burning time and the weightlessness time of pulverized coal.Dynamics analysis re- veals that ozone decreases the activation energy of pulverized coal combustion reaction.Thermodynamic calculations show that the higher the temperature is,the more easily the oxygen atoms are stimulated by oxygen molecules exposed to UV radiation.The idea is proposed that strong UV-radiated hot blast air flow should be used to increase the combustion efficient of injected coal for a blast fur- nace. KEY WORDS ozone:UV radiation:pulverized coal combustion:powder coal injection 臭氧(03)是氧分子(02)的同素异形体，大气中 目前还未见到臭氧在高炉喷煤等煤粉燃烧领域的研 的氧分子受紫外线辐射分解成氧原子后，氧原子又 究报道，为此本文研究臭氧对煤粉燃烧的影响 与周围的氧分子结合而形成的含三个氧原子的臭氧 1利用热分析方法研究臭氧对煤粉燃烧的 分子，臭氧分解为氧分子(02)和氧原子(0)后，氧 影响 原子化学性质非常活泼，反应性极高，具有很强的氧 化性】.有学者对进气中含有一定浓度臭氧的发 1.1热分析实验 动机的燃烧和排放性能进行了实验研究，证实臭氧 常温下，采用紫外线辐射空气的方法可以得到 可以强化燃油的燃烧反应，提高燃烧性能，降低排放 少量臭氧[-)，空气流(60 mLmin)进入内表面 污染物含量，认为臭氧以及臭氧分解出的氧原子对 经过抛光的不锈钢管中，经过紫外线辐射后进入差 有机物的燃烧有促进作用].煤炭是我国的主要 热天平，如图1所示，经美国热电环境仪器公司的 能源，每年以燃煤形式消耗的煤炭就高达6亿t,主 49℃臭氧分析仪分析，空气流中臭氧的质量浓度为 要用于高炉喷吹、火力发电和一般锅炉燃煤等用途· 85mgm-3.称量18mg煤粉(<0.074mm),置于差 如何提高煤的燃烧性能，越来越受到人们的重视， 热天平中，以升温速率20℃mim1加热.紫外线光 收稿日期：2008-03-03 基金项目：国家“十一五”科技支撑计划资助项目(No,2006BAE03A01) 作者简介：张曦东(1977-)：男，博士研究生；张建良(1965一)，男，教授，博士生导师，E-mail:1-zhang@metall.ustb.edu.cn
臭氧对煤粉燃烧的影响 张曦东 张建良 郭 豪 龚必侠 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 摘 要 根据强紫外线辐射空气可产生臭氧的原理将经紫外辐射后的空气通入热天平与煤粉发生燃烧反应采用热分析方 法研究臭氧对煤粉燃烧的影响．实验表明紫外辐射空气得到的少量臭氧使煤粉燃烧的失重和放热时间提前．对煤粉燃烧的 动力学进行分析结果显示臭氧使煤粉燃烧反应的活化能降低．紫外线激发高温氧气产生氧原子的热力学计算结果表明：温 度越高氧分子越容易被紫外线激发为氧原子．提出了使用强紫外线辐射热风促进高炉喷煤燃烧的设想． 关键词 臭氧；紫外辐射；煤粉燃烧；高炉喷煤 分类号 TF538∙6＋3 Effect of ozone on coal combustion ZHA NG X-i dongZHA NG Jian-liangGUO HaoGONG B-i xia School of Metallurgical and Ecological EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT With the principle that ozone generates when air is exposed to strong UV radiationUV-radiated air flowed into a thermobalance to react with pulverized coal．T he thermal analysis method was used to study the effect of ozone on coal combustion．It is showed that small amount of ozone can advance the burning time and the weightlessness time of pulverized coal．Dynamics analysis reveals that ozone decreases the activation energy of pulverized coal combustion reaction．T hermodynamic calculations show that the higher the temperature isthe more easily the oxygen atoms are stimulated by oxygen molecules exposed to UV radiation．T he idea is proposed that strong UV-radiated hot blast air flow should be used to increase the combustion efficient of injected coal for a blast furnace． KEY WORDS ozone；UV radiation；pulverized coal combustion；powder coal injection 收稿日期：2008-03-03 基金项目：国家“十一五”科技支撑计划资助项目（No．2006BAE03A01） 作者简介：张曦东（1977—）男博士研究生；张建良（1965—）男教授博士生导师E-mail：jl．zhang＠metall．ustb．edu．cn 臭氧（O3）是氧分子（O2）的同素异形体．大气中 的氧分子受紫外线辐射分解成氧原子后氧原子又 与周围的氧分子结合而形成的含三个氧原子的臭氧 分子．臭氧分解为氧分子（O2）和氧原子（O）后氧 原子化学性质非常活泼反应性极高具有很强的氧 化性［1—2］．有学者对进气中含有一定浓度臭氧的发 动机的燃烧和排放性能进行了实验研究证实臭氧 可以强化燃油的燃烧反应提高燃烧性能降低排放 污染物含量认为臭氧以及臭氧分解出的氧原子对 有机物的燃烧有促进作用［3—6］．煤炭是我国的主要 能源每年以燃煤形式消耗的煤炭就高达6亿 t主 要用于高炉喷吹、火力发电和一般锅炉燃煤等用途． 如何提高煤的燃烧性能越来越受到人们的重视． 目前还未见到臭氧在高炉喷煤等煤粉燃烧领域的研 究报道为此本文研究臭氧对煤粉燃烧的影响． 1 利用热分析方法研究臭氧对煤粉燃烧的 影响 1∙1 热分析实验 常温下采用紫外线辐射空气的方法可以得到 少量臭氧［7—12］．空气流（60mL·min —1）进入内表面 经过抛光的不锈钢管中经过紫外线辐射后进入差 热天平如图1所示．经美国热电环境仪器公司的 49C 臭氧分析仪分析空气流中臭氧的质量浓度为 85mg·m —3．称量18mg 煤粉（＜0∙074mm）置于差 热天平中以升温速率20℃·min —1加热．紫外线光 第31卷 第3期 2009年 3月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．3 Mar．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．03．046
第3期 张曦东等：臭氧对煤粉燃烧的影响 .395 源使用北京汇亿鑫光源技术开发公司生产的石英紫 0.025 外线灯管，功率为12W,紫外线主峰波长为185nm 0.015 一无紫外辐射 有紫外辐射 差热天平型号为WCT一2C,由北京光学仪器厂生 0.005 产.将实验得到的数据通过与仪器配套的计算机软 -0.005 件进行分析，对比紫外线灯辐射和关闭状态下煤粉 -0.015 TG(热重)曲线、DTA(差热)曲线及DTG(热重微 0.025 分)曲线的变化 0.035 200 400 600800 温度/℃ 图3煤粉燃烧的DTG曲线 Fig-3 DTG curves of coal combustion -( 式中，a是煤粉试样在Ti温度下的转化率，即α= 一m为试样的初始质量，为试样在温度 T:下的质量，m∞为反应结束后试样的质量；f(a) 1一压缩空气钢瓶：2一石英紫外灯管：3一不锈钢管：4一热天平 图1实验装置 称为反应动力学机理函数，是表示固体物质反应速 Fig.1 Experimental setup 率k与转化率α之间所遵循的某种函数关系，直接 决定TG曲线的形状：t为反应时间；k表示反应速 1.2实验结果与分析 率，k=Aexp[一E/(RT)],则： 1.2.1燃烧试样的TG、DTA和DTG曲线 实验得到热重(TG)、差热(DTA)和热重微分 d2-Aexpl-E/(RT)]f(). (DTG)曲线，如图2~图3所示. 20 无紫外辐射 反应升温速率为R且==常量，则： 有紫外辐射 350 16 TG曲线 250 d-青epl-E(RTr)]f(a 曾12 对方程两边求对数，得到： 8 150菱 4DTA曲线 150 ]=h[A(四I厂ERT) 因为f(a)只与a有关，当a一定时f(a)为常 0 50 200 400 600 800 数，测定不同升温速率阝下的热重曲线，则曲线的 温度℃ 图2煤粉燃绕的TG线与DTA线 月日]对1/T的关系应是一条直线从直线斜 Fig-2 TG and DT A curves of coal combustion 率一E/R可求得活化能E.按照以上方法，取α= 0.3,根据当升温速率3分别为5,10,15和 由图2和图3可以看出：经过紫外线辐射后，煤 粉燃烧的TG、DTA和DTG曲线全部左移，煤粉的 20cmin1时1月别 对1/T的关系，得到回 失重和放热提前.以失重10%作为煤粉着火点，煤 归曲线并且计算活化能.，计算结果见表1. 粉着火点由375℃降低到359℃，降低16℃；燃尽温 表1煤粉燃烧的活化能 度由655℃降低至634℃，降低21℃；燃烧温度区间 Table 1 Activation energy of combustion reaction 减沙5℃；DTA的放热峰温度由454℃降低到 实验条件 线性回归方程 活化能/(kJ'mol-1) 435℃，降低19℃；DTG主峰温度由424℃降低到 无紫外辐射Y=12.13-10147.9X 84.37 396℃ 有紫外辐射 y=10.17-8430.4X 70.09 1.2.2煤粉燃烧活化能的计算 采用多升温速率法对煤粉燃烧进行活化能计 在紫外辐射的情况下，煤粉燃烧反应的活化能 算，动力学方程为： 的降低，说明空气流被强紫外线辐射激发，产生的臭
源使用北京汇亿鑫光源技术开发公司生产的石英紫 外线灯管功率为12W紫外线主峰波长为185nm． 差热天平型号为 WCT—2C由北京光学仪器厂生 产．将实验得到的数据通过与仪器配套的计算机软 件进行分析对比紫外线灯辐射和关闭状态下煤粉 TG（热重）曲线、DTA（差热）曲线及 DTG（热重微 分）曲线的变化． 1—压缩空气钢瓶；2—石英紫外灯管；3—不锈钢管；4—热天平 图1 实验装置 Fig．1 Experimental setup 1∙2 实验结果与分析 1∙2∙1 燃烧试样的 TG、DTA 和 DTG 曲线 实验得到热重（TG）、差热（DTA）和热重微分 （DTG）曲线如图2～图3所示． 图2 煤粉燃烧的 TG 线与 DTA 线 Fig．2 TG and DTA curves of coal combustion 由图2和图3可以看出：经过紫外线辐射后煤 粉燃烧的 TG、DTA 和 DTG 曲线全部左移煤粉的 失重和放热提前．以失重10％作为煤粉着火点煤 粉着火点由375℃降低到359℃降低16℃；燃尽温 度由655℃降低至634℃降低21℃；燃烧温度区间 减少 5℃；DTA 的放热峰温度由 454℃ 降低到 435℃降低19℃；DTG 主峰温度由424℃降低到 396℃． 1∙2∙2 煤粉燃烧活化能的计算 采用多升温速率法对煤粉燃烧进行活化能计 算动力学方程为： 图3 煤粉燃烧的 DTG 曲线 Fig．3 DTG curves of coal combustion dα d t ＝kf （α）． 式中α是煤粉试样在 Ti 温度下的转化率即 α＝ m— mi m— m∞ m 为试样的初始质量mi 为试样在温度 Ti 下的质量m∞ 为反应结束后试样的质量；f （α） 称为反应动力学机理函数是表示固体物质反应速 率 k 与转化率α之间所遵循的某种函数关系直接 决定 TG 曲线的形状；t 为反应时间；k 表示反应速 率k＝ Aexp［— E／（ RT）］则： dα d t ＝ Aexp［— E／（ RT）］ f （α）． 反应升温速率为 β且 β＝ d T d t ＝常量则： dα d T ＝ A β exp［— E／（ RT）］ f （α）． 对方程两边求对数得到： ln β dα d T ＝ln［ Af （α）］— E／（ RT）． 因为 f （α）只与 α有关当 α一定时 f （α）为常 数测定不同升温速率 β下的热重曲线则曲线的 ln β dα d T 对1／T 的关系应是一条直线从直线斜 率— E／R 可求得活化能 E．按照以上方法取 α＝ 0∙3根 据 当 升 温 速 率 β 分 别 为 5 1015 和 20℃·min —1时 ln β dα d T 对1／T 的关系得到回 归曲线并且计算活化能．计算结果见表1． 表1 煤粉燃烧的活化能 Table1 Activation energy of combustion reaction 实验条件 线性回归方程 活化能／（kJ·mol —1） 无紫外辐射 Y ＝12∙13—10147∙9X 84∙37 有紫外辐射 Y ＝10∙17—8430∙4X 70∙09 在紫外辐射的情况下煤粉燃烧反应的活化能 的降低说明空气流被强紫外线辐射激发产生的臭 第3期 张曦东等： 臭氧对煤粉燃烧的影响 ·395·
396 北京科技大学学报 第31卷 氧促进了煤中的碳元素发生燃烧反应 学数据列于表2 2紫外线激发高温氧气产生氧原子的热力 表2氧分子和氧原子的热力学数据(298K) 学计算 Table 2 Thermodynamic data of 02 and O(298K) 4H/ sel Caml 臭氧具有强氧化性是由于分解时产生的氧原子 物质 (kJ'mol1) (J-mol-1.K1)(J.mol-1.K1) 具有很强的活性，热分析实验表明，利用强紫外线 02 0 205.14 29.35 辐射空气流产生少量的臭氧可以促进煤粉的燃烧， 0 249.17 161.06 21.91 在实际生产中，煤粉燃烧炉的二次风的温度都较高， 现用吉布斯自由能研究在强紫外辐射下二次热风产 △H9(T)=△H1十△HP(298K)十△H2= 生氧原子的趋势 Cp,m(02)(298-T)+24H品(298K,0)- 氧原子的产生，实质是氧分子受到外界能量激 4H品(298K,02)+2Cp,m(0)(T-298)= 发直至氧分子的共价键劈裂，形成高激发态的原子， 14.47T+494027.94,Jmol-1. 只要给氧分子足够的能量，就可以获得氧原子， △s9(T)=△S1+△s9(298K)十AS2= 现利用吉布斯自由能变化4，G9来研究氧气分 Cp,m(02)1n298-lnT)十2△s8(298K,0-)- 解反应0220.对于有光化学反应，其吉布斯自 △s8(298K,02)+2Cp.m(0)1nT-ln298)= 由能变化为： AGP(光)=AG9(暗)-E, 14.47(mT-ln298)+116.98,Jmol-1.K- △GP(T,暗)=△HP(T)-TAsP(T)= 其中，E为光子的能量，E=Nhc/入，Nhc/为lmol 14.47T+494027.94-T[14.47(1nT- 光子的能量，N为阿伏加德罗常数(6.022× 1023mol-1),h为普朗克常数(6.626×10-34)，c为 ln298)+116.98],Jmol1. △G9(T,光)=△GP(T,暗)-Nhc/λ= 光速(2.998×103ms1),入为波长.光子是光线中 △G9(T,暗)-0.119/(185×10-9)，Jmol-1. 携带能量的粒子，一个光子能量的多少与波长相关， lnk9=-△GP(T,光)/(RT) 波长越短，能量越高，由爱因斯坦的光化当量定律 按照以上方法，计算900~1300℃，即1173~ 可知，1mol02分解成2mol游离态氧原子需吸收 1573K的热力学函数.具体结果见表3. 1mol光子. 设计以下暗反应3]，计算在高温下氧分子被激 暗反应的吉布斯自由能变化即使在1573K的 高温下仍为正值，说明暗反应不能进行，但是，在强 发成氧原子的吉布斯自由能变化，见图4，所需热力 紫外线辐射的条件下，光反应的吉布斯自由能小于 02 △G(T,暗) 20 零，说明光反应可以进行；且光反应的平衡常数很 T.pe △HT)△S(T) T.pe 大，说明在强紫外线的辐射下，氧分子几乎可彻底分 恒压 △H 恒压△H, 解成游离态的氧原子，随着温度的升高，光反应的 可逆 AS 可逆△S 吉布斯自由能△G(T,光)变小，说明氧气分解的 02 △H298K) 20 反应越容易进行，从电子激发的角度理解，氧分子 298 K.Pe △H298K) 298 K.po 温度越高，电子的能级就越高，更容易被外界能量激 发至共价键劈裂，即氧分子就越容易激发为两个氧 图4热力学函数计算历程图 原子 Fig.4 Flow chart for calculation of thermodynamic functions 表3氧分子分解反应的热力学计算结果 Table 3 Thermodynamic data of O2 cracking 温度/K △HP(T)/(kJ-mol-)△se(T)/Jmol-1.k-)△G9(T,暗)/kmol-△Ge(T,光)/(Jmal-) K9/101 1173 511.0 136.8 350.5 -292.8 109.3 1273 512.4 138.0 336.7 -306.5 37.8 1373 514.0 139.1 323.0 -320.4 15.5 1473 515.3 140.1 308.9 -334.3 7.2 1573 516.8 141.1 294.8 -348.4 3.7
氧促进了煤中的碳元素发生燃烧反应． 2 紫外线激发高温氧气产生氧原子的热力 学计算 臭氧具有强氧化性是由于分解时产生的氧原子 具有很强的活性．热分析实验表明利用强紫外线 辐射空气流产生少量的臭氧可以促进煤粉的燃烧． 在实际生产中煤粉燃烧炉的二次风的温度都较高 现用吉布斯自由能研究在强紫外辐射下二次热风产 生氧原子的趋势． 氧原子的产生实质是氧分子受到外界能量激 发直至氧分子的共价键劈裂形成高激发态的原子 只要给氧分子足够的能量就可以获得氧原子． 现利用吉布斯自由能变化Δr G ⦵来研究氧气分 解反应 O2 2O．对于有光化学反应其吉布斯自 由能变化为： Δr G ⦵（光）＝Δr G ⦵（暗）— E 其中E 为光子的能量E＝ Nhc／λNhc／λ为1mol 光子 的 能 量N 为 阿 伏 加 德 罗 常 数 （6∙022× 1023 mol —1）h 为普朗克常数（6∙626×10—34）c 为 光速（2∙998×108 m·s —1）λ为波长．光子是光线中 携带能量的粒子一个光子能量的多少与波长相关 波长越短能量越高．由爱因斯坦的光化当量定律 可知1mol O2 分解成2mol 游离态氧原子需吸收 1mol光子． 设计以下暗反应［13］计算在高温下氧分子被激 发成氧原子的吉布斯自由能变化见图4．所需热力 图4 热力学函数计算历程图 Fig．4 Flow chart for calculation of thermodynamic functions 学数据列于表2． 表2 氧分子和氧原子的热力学数据（298K） Table2 Thermodynamic data of O2and O（298K） 物质 Δf H ⦵ m／ （kJ·mol —1） S ⦵／ （J·mol —1·K —1） Cpm／ （J·mol —1·K —1） O2 0 205∙14 29∙35 O 249∙17 161∙06 21∙91 ΔH ⦵（ T）＝ΔH1＋ΔH ⦵（298K）＋ΔH2＝ Cpm（O2）（298— T）＋2Δf H ⦵ m （298KO·）— Δf H ⦵ m （298KO2）＋2Cpm（O·）（ T—298）＝ 14∙47T＋494027∙94J·mol —1． ΔS ⦵（ T）＝ΔS1＋ΔS ⦵（298K）＋ΔS2＝ Cpm（O2）（ln298—ln T）＋2ΔS ⦵ m （298KO·）— ΔS ⦵ m （298KO2）＋2Cpm（O·）（ln T—ln298）＝ 14∙47（ln T—ln298）＋116∙98J·mol —1·K —1． ΔG ⦵（ T暗）＝ΔH ⦵（ T）— TΔS ⦵（ T）＝ 14∙47T＋494027∙94— T ［14∙47（ln T— ln298）＋116∙98］J·mol —1． ΔG ⦵（ T光）＝ΔG ⦵（ T暗）— Nhc／λ＝ ΔG ⦵（ T暗）—0∙119／（185×10—9）J·mol —1． ln K ⦵ p ＝—ΔG ⦵（ T光）／（ RT）． 按照以上方法计算900～1300℃即1173～ 1573K 的热力学函数．具体结果见表3． 暗反应的吉布斯自由能变化即使在1573K 的 高温下仍为正值说明暗反应不能进行．但是在强 紫外线辐射的条件下光反应的吉布斯自由能小于 零说明光反应可以进行；且光反应的平衡常数很 大说明在强紫外线的辐射下氧分子几乎可彻底分 解成游离态的氧原子．随着温度的升高光反应的 吉布斯自由能ΔG ⦵（ T光） 变小说明氧气分解的 反应越容易进行．从电子激发的角度理解氧分子 温度越高电子的能级就越高更容易被外界能量激 发至共价键劈裂即氧分子就越容易激发为两个氧 原子． 表3 氧分子分解反应的热力学计算结果 Table3 Thermodynamic data of O2cracking 温度／K ΔH ⦵（ T）／（kJ·mol —1） ΔS ⦵（ T）／（J·mol —1·K —1） ΔG ⦵（ T暗）／（kJ·mol —1） ΔG ⦵（ T光）／（kJ·mol —1） K ⦵ p／1011 1173 511∙0 136∙8 350∙5 —292∙8 109∙3 1273 512∙4 138∙0 336∙7 —306∙5 37∙8 1373 514∙0 139∙1 323∙0 —320∙4 15∙5 1473 515∙3 140∙1 308∙9 —334∙3 7∙2 1573 516∙8 141∙1 294∙8 —348∙4 3∙7 ·396· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
第3期 张曦东等：臭氧对煤粉燃烧的影响 .397. (张孝勇，王雨蓬，郭永红，等，等离子燃烧器燃烧特性的数值 3结论 模拟.动力工程，2005,25(6)：834) [4]Bai M L.Zhu G C.Li H,et al.Research on ozone activated (1)热分析实验表明，空气流被强紫外线辐射 combustion for an internal combustion engine.Chin Intern Com- 激发，促进了煤中的碳元素发生燃烧反应 bust Engine Eng.1999.20(4):28 (2)紫外线辐射高温氧分子产生氧原子的热力 (白敏丽，朱国朝，李河，等。臭氧强化内燃机燃烧研究，内燃 学函数计算表明，氧气温度越高，发生分解反应的趋 机工程，1999,20(4)：28) 势就越明显，且反应平衡常数很大，说明分解反应很 [5]Zhou DC.Fu J.Study on ozone to reduce particulates emissions 彻底，从电子激发的角度理解，氧分子温度越高，电 from diesel engine.J Hebei Inst Archit Sci Technol.2006.23 (1):64 子的能级就越高，就越容易被外界能量激发，所以氧 (周殿春，伏军。臭氧在降低柴油机微粒排放中的应用研究·河 分子就越容易激发为两个氧原子. 北建筑科技学院学报，2006,23(1)：64) (③)热分析实验结果、动力学计算以及热力学 [6]Heisig C,Zhang W M,Oyama S T.Decomposition of ozone us- 计算表明，臭氧及氧原子对煤粉的燃烧有促进作用， ing carbon supported metal oxide catalysts.Appl Catal B,1997. 且温度越高，氧分子越容易被紫外线激发产生氧原 14(122):117 [7]Bai X Y.Zhang ZT,Bai M D.et al.Development of ozone gen- 子，根据此发现，联系高炉热风管内的热风温度可 eration and its application.Nat Mag,2001,22(6):350 达1000℃以上的实际情况，设想对高炉的热风加以 (白希尧，张芝涛，白敏，等.臭氧产生方法及其应用.自然杂 强紫外线辐射，使部分氧分子激发成为氧原子，产生 志，2001,22(6)：350) 的非常活跃的氧原子进入高炉风口循环区，直接与 [8]Chen R M.Yan C.Development of equipment for simulating vac- 碳原子结合发生燃烧反应以实现加速煤粉燃烧的目 uum uraviolet irradiation in laboratory.Huaihai Inst Technol Nat Sci Ed,2005,14(2):10 的，实施方法设想为将靠近喷煤枪处的热风管换成 (陈荣敏，严川实验室模拟真空紫外辐照设备的研制.淮海工 石英管，使强紫外线直接穿过石英管辐射热风，也可 学院学报：自然科学版，2005,14(2)：10) 将强紫外线聚焦于煤枪出口处，起到集中辐照的作 [9]Wang X H.Zhang M.Jin Z S,et al.Study of 03 generation un- 用.实现该工艺需要解决一些问题，例如：如何对现 der bactericidal lamp illumination and its catalytic decomposition in 有风口送风装置进行改造，包括石英管的安装；如何 air.Photogr Sci Photochem.2004,22(1):61 (王晓辉，张敏，金振声等.在空气中杀菌灯产生臭氧及其催化 获得足够的强紫外辐射及其发生设备能否稳定、安 分解的研究-感光科学与光化学，2004,22(1)：61) 全的运行，这些问题需要在今后的工作中进行研究， [10]Wu X S,Xia D S,Lu X H.et al.Study on light oxidation of a new type of electrodeless discharge lamp.Tech Equip Environ 参考文献 Pollut Control.2006,7(9):83 [1]Wang J P.SuX M,Jing X L.et al.Application and generation (吴学深，夏东升，陆晓华，等.新型无极紫外灯的光氧化性能 technology of ozone.Gguang=hou Chem,2004.29(3):55 研究.环境污染治理技术与设备，2006,7(9)：83) (王景平，苏小明，井新利，等.臭氧的应用及产生技术.广州化 [11]Eliasson B.Ogeneration with narrow-band UV radiation.Ozone 学，2004,29(3)：55) Sei Eng,2002,13.365 [2]Lin X.WangZ M.Han X J.Existential forms of ozone in the at- [12]Chu Q D.Bai M D.Bai X R.Experimental study on residue mosphere and corresponding environmental policies.Nat Sci ozone gas decomposition.Ewiron Sci Technol,2002.25(3):1 Heilongjiang Univ.2003.20(3):118 (初庆东，白敏冬，白希尧·剩余臭氧气体分解实验研究环 (林秀，王智民，韩基新·大气中臭氧的存在形式及环保对策. 境科学与技术，2002,25(3)：1) 黑龙江大学自然科学学报，2003,20(3)：118) [13]Gao ZC.CuiG Q.The effect of light in the ozone formation.J [3]Zhang X Y,Wang Y P,Guo Y H,et al.Numerical simulation of Shandong Inst Light Ind Nat Sei Ed,2001,15(1):60 combustion characteristics of burners with plasma ignition.Power (高志崇，崔国强.光在臭氧形成中的作用，山东轻工业学院 Eng,2005,25(6):834 学报，2001,15(1).60)
3 结论 （1） 热分析实验表明空气流被强紫外线辐射 激发促进了煤中的碳元素发生燃烧反应． （2） 紫外线辐射高温氧分子产生氧原子的热力 学函数计算表明氧气温度越高发生分解反应的趋 势就越明显且反应平衡常数很大说明分解反应很 彻底．从电子激发的角度理解氧分子温度越高电 子的能级就越高就越容易被外界能量激发所以氧 分子就越容易激发为两个氧原子． （3） 热分析实验结果、动力学计算以及热力学 计算表明臭氧及氧原子对煤粉的燃烧有促进作用 且温度越高氧分子越容易被紫外线激发产生氧原 子．根据此发现联系高炉热风管内的热风温度可 达1000℃以上的实际情况设想对高炉的热风加以 强紫外线辐射使部分氧分子激发成为氧原子产生 的非常活跃的氧原子进入高炉风口循环区直接与 碳原子结合发生燃烧反应以实现加速煤粉燃烧的目 的．实施方法设想为将靠近喷煤枪处的热风管换成 石英管使强紫外线直接穿过石英管辐射热风也可 将强紫外线聚焦于煤枪出口处起到集中辐照的作 用．实现该工艺需要解决一些问题例如：如何对现 有风口送风装置进行改造包括石英管的安装；如何 获得足够的强紫外辐射及其发生设备能否稳定、安 全的运行．这些问题需要在今后的工作中进行研究． 参 考 文 献 ［1］ Wang J PSu X MJing X Let al．Application and generation technology of ozone．Gguangz hou Chem200429（3）：55 （王景平苏小明井新利等．臭氧的应用及产生技术．广州化 学200429（3）：55） ［2］ Lin XWang Z MHan X J．Existential forms of ozone in the atmosphere and corresponding environmental policies． J Nat Sci Heilongjiang Univ200320（3）：118 （林秀王智民韩基新．大气中臭氧的存在形式及环保对策． 黑龙江大学自然科学学报200320（3）：118） ［3］ Zhang X YWang Y PGuo Y Het al．Numerical simulation of combustion characteristics of burners with plasma ignition．Power Eng200525（6）：834 （张孝勇王雨蓬郭永红等．等离子燃烧器燃烧特性的数值 模拟．动力工程200525（6）：834） ［4］ Bai M LZhu G CLi Het al．Research on ozone activated combustion for an internal combustion engine．Chin Intern Combust Engine Eng199920（4）：28 （白敏丽朱国朝李河等．臭氧强化内燃机燃烧研究．内燃 机工程199920（4）：28） ［5］ Zhou D CFu J．Study on ozone to reduce particulates emissions from diesel engine．J Hebei Inst A rchit Sci Technol200623 （1）：64 （周殿春伏军．臭氧在降低柴油机微粒排放中的应用研究．河 北建筑科技学院学报200623（1）：64） ［6］ Heisig CZhang W MOyama S T．Decomposition of ozone using carbon supported metal oxide catalysts．Appl Catal B1997 14（122）：117 ［7］ Bai X YZhang Z TBai M Det al．Development of ozone generation and its application．Nat Mag200122（6）：350 （白希尧张芝涛白敏 等．臭氧产生方法及其应用．自然杂 志200122（6）：350） ［8］ Chen R MYan C．Development of equipment for simulating vacuum ultraviolet irradiation in laboratory．J Huaihai Inst Technol Nat Sci Ed200514（2）：10 （陈荣敏严川．实验室模拟真空紫外辐照设备的研制．淮海工 学院学报：自然科学版200514（2）：10） ［9］ Wang X HZhang MJin Z Set al．Study of O3generation under bactericidal lamp illumination and its catalytic decomposition in air．Photogr Sci Photochem200422（1）：61 （王晓辉张敏金振声等．在空气中杀菌灯产生臭氧及其催化 分解的研究．感光科学与光化学200422（1）：61） ［10］ Wu X SXia D SLu X Het al．Study on light oxidation of a new type of electrodeless discharge lamp．Tech Equip Environ Pollut Control20067（9）：83 （吴学深夏东升陆晓华等．新型无极紫外灯的光氧化性能 研究．环境污染治理技术与设备20067（9）：83） ［11］ Eliasson B．Ogeneration with narrow-band UV radiation．Oz one Sci Eng200213：365 ［12］ Chu Q DBai M DBai X R．Experimental study on residue ozone gas decomposition．Environ Sci Technol200225（3）：1 （初庆东白敏冬白希尧．剩余臭氧气体分解实验研究．环 境科学与技术200225（3）：1） ［13］ Gao Z CCui G Q．The effect of light in the ozone formation．J Shandong Inst L ight Ind Nat Sci Ed200115（1）：60 （高志崇崔国强．光在臭氧形成中的作用．山东轻工业学院 学报200115（1）：60） 第3期 张曦东等： 臭氧对煤粉燃烧的影响 ·397·