煤焦顆粒燃燒特性實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究.pdf

1、煤炭占了我國能源生產(chǎn)和消費(fèi)總量的大部分，在可預(yù)見的相當(dāng)長一段時(shí)期內(nèi)，以煤炭為主體的能源結(jié)構(gòu)不會(huì)改變。我國煤炭資源較為豐富，但是隨著我國煤炭消耗量的大幅增長和煤炭生產(chǎn)、運(yùn)輸水平的制約，以及國際煤炭市場(chǎng)的變化，我國煤炭價(jià)格近年來呈現(xiàn)大幅上漲的趨勢(shì)。在我國84％左右的煤炭被直接燃燒，而煤焦燃盡時(shí)間一般占到整個(gè)煤粉顆粒在爐膛內(nèi)總?cè)紵龝r(shí)間90%以上，所以為了我國有限的煤炭資源更好的利用，提高燃煤經(jīng)濟(jì)性，研究煤焦的燃燒特性就顯得非常必要。
　

2、　本文分別采用了熱重分析法和沉降爐試驗(yàn)法（DTF法）對(duì)煤焦顆粒在不同溫度下的燃燒反應(yīng)特性進(jìn)行了研究，同時(shí)利用XRD技術(shù)對(duì)煤焦的微晶結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性的關(guān)系進(jìn)行了分析。另外，本文還利用編程軟件對(duì)單顆粒 JC煤焦的燃燒進(jìn)行了初步的模擬研究。
　　本文的實(shí)驗(yàn)樣品分別為從晉城氣化爐二級(jí)旋風(fēng)分離器下取得的氣化半焦以及實(shí)驗(yàn)室自制的京能煙煤的三種熱解煤焦，即晉城氣化半焦、京能1173K煤焦、京能1273K煤焦、京能1373K煤焦。
　　利用熱天

3、平對(duì)晉城氣化半焦、京能1173K煤焦、京能1273K煤焦、京能1373K煤焦四種煤焦在773K～1023K的燃燒行為進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)晉城氣化半焦的燃燒反應(yīng)性最差，京能煙煤的三種煤焦隨熱解溫度的升高而減??；溫度和氧氣濃度都會(huì)對(duì)煤焦的燃燒起促進(jìn)作用。經(jīng)數(shù)據(jù)分析，半轉(zhuǎn)化率率法和等轉(zhuǎn)化律法求得的燃燒反應(yīng)活化能很接近，可見兩種方法是統(tǒng)一的；另外本文用Grain模型很好的預(yù)測(cè)了四種煤焦在低溫下的燃燒反應(yīng)行為。通過對(duì)四種煤焦的XRD圖譜分析表明，煤焦

4、的反應(yīng)性與其微晶層片間距關(guān)系不大，微晶堆積高度越大，反應(yīng)性越差。在沉降爐試驗(yàn)中，本文對(duì)氣化半焦在1273K和1573K環(huán)境溫度下的燃燒反應(yīng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在1273K和1573K下氣化半焦的燃盡度都隨停留時(shí)間增大，并且1273K時(shí)氣化半焦處于過渡區(qū)反應(yīng)階段；采用中心差分法計(jì)算的氣化半焦的燃燒速率隨停留時(shí)間先增加后減??；并且應(yīng)用美國Micromeritics公司的自動(dòng)吸附儀(ASAP2020)對(duì)1273K溫度下5%、20%氧濃度下的氣化半

5、焦燃燒產(chǎn)物測(cè)量了煤焦的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)和孔徑分布特征，發(fā)現(xiàn)煤焦孔徑分布的比例沒有發(fā)生太大的變化，隨著燃燒的進(jìn)行，比表面積和孔容變小。
　　在煤焦燃燒試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，編寫程序模擬計(jì)算單顆粒煤焦在給定外部溫度場(chǎng)和氧氣濃度場(chǎng)下燃燒的顆粒內(nèi)部濃度場(chǎng)的分布、焦炭燃燒速率、焦炭粒徑隨燃盡度的變化，對(duì)煤焦顆粒的燃燒反應(yīng)動(dòng)力特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。模擬通過對(duì)邊界處溫度場(chǎng)、氣體濃度場(chǎng)的比較，利用試差法，得到了煤焦的燃燒反應(yīng)速率，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，得