煤粉高溫懸浮燃燒動力學數(shù)據(jù)處理.pdf

1、目前主要采用熱重天平對煤粉燃燒進行研究，雖然熱天平法具有測量準確、可重復性好、操作簡單、數(shù)據(jù)處理方便等優(yōu)點，但在反應器內(nèi)物料是處于堆積狀態(tài)，其實驗結(jié)果與生產(chǎn)中常用的粉體有很大差距，特別是進行煤粉燃燒動力學實驗時，煤粉和氧氣的接觸方式與實際情況相比差異更大。實際工業(yè)煤粉燃燒時物料是處于懸浮狀態(tài)而不是堆積狀態(tài)，人們對懸浮態(tài)煤粉燃燒的動力學研究相對較少。所以，對懸浮態(tài)煤粉燃燒的動力學分析具有重要的意義。
　　 對氣固反應的基本模型、煤

2、粉燃燒動力學的研究手段、方法以及常用動力學數(shù)據(jù)處理方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進展等的總結(jié)分析可以發(fā)現(xiàn)：如何根據(jù)實際狀況建立合適的動力學模型仍然是當前面臨的主要問題?；诖?，本文采用理論分析、實驗與Matlab編程計算等相結(jié)合的方法對高溫懸浮態(tài)煤粉燃燒的動力學數(shù)據(jù)處理過程進行了系統(tǒng)的研究，主要從以下幾個方面開展研究工作：①煤粉高溫懸浮態(tài)反應實驗數(shù)據(jù)的基本分析，包括煤粉燃燒反應速率、轉(zhuǎn)化率與溫度及氧氣濃度的關(guān)系；②煤粉燃燒動力學機理函數(shù)的確定；

3、③動力學方程的建立、模型驗證及數(shù)據(jù)處理結(jié)果的可靠性分析；④動力學計算分析的界面可視化研究。
　　 結(jié)合煤粉高溫懸浮燃燒實驗結(jié)果，根據(jù)等溫動力學積分法原理，采用模式配合法和Sharp法對各種煤粉在不同溫度下燃燒的控制機理進行了分析。研究結(jié)果表明：對于無煙煤的燃燒，采用Sharp法分析煤粉燃燒的動力學機理函數(shù)時，分析結(jié)果與模式配合法所得結(jié)果基本一致，均為化學反應控制，而對煙煤的燃燒則會出現(xiàn)較大的誤差，結(jié)合煙煤燃燒的實際過程，認為模式

4、配合法更適合煤粉燃燒過程的分析求解，確定燃燒控制機理。
　　 從模式配合法的分析結(jié)果可知：在不同溫度條件下，高溫懸浮態(tài)實驗臺中的無煙煤燃燒主要受化學反應動力控制，不同煤樣的機理函數(shù)稍有差異；煙煤的燃燒主要受擴散控制，表現(xiàn)為三維擴散的反Jander或Z-L-T方程。以Arrhenius定律為理論依據(jù)，對不同煤樣的表觀活化能和指前因子進行了求解，分析了表觀活化能和揮發(fā)分及燃燒反應溫度的關(guān)系。
　　 根據(jù)化學反應動力學方程，確

5、定了不同煤樣在900℃不同氧氣濃度(21％、17％、12％和7％)條件下的燃燒控制機理，隨著氧氣濃度的增加，煤粉燃燒的控制因素由擴散向化學反應控制過渡，同時分析了氧氣濃度對煤粉燃燒過程的影響并計算了氧分壓反應級數(shù)。氧分壓反應級數(shù)n在0～1之間，不同煤種的n值有所不同，因此在高溫懸浮實驗臺中進行煤粉燃燒時，要考慮通入適量濃度的氧氣。
　　 為了檢驗所求得的動力學參數(shù)及所建立的動力學方程的可靠性，將不同溫度、不同氧氣濃度的實驗值和模

6、型擬合曲線進行了對比。結(jié)果表明，在有效實驗數(shù)據(jù)分析區(qū)間內(nèi)，不同煤樣的等溫模型擬合值和實驗曲線相關(guān)性較好(大部分時間內(nèi)的誤差不大于10％)，尤其是在煤粉燃燒反應后期誤差非常小，不同氧氣濃度模型擬合曲線與實驗曲線的誤差大約為12％。從而說明，基于高溫懸浮態(tài)實驗所建立的動力學方程是可行的，能夠用來預測煤粉燃燒的動力學特性。
　　 為了使復雜的煤粉燃燒動力學參數(shù)求解過程操作方便、清晰明了，在本文最后，采用VB和Matlab混合編程，編制