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)長一段時期內(nèi)，以煤炭為主體的能源結(jié)構(gòu)不會改變。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，以及國際煤炭市場的變化，我國煤炭價格近年來呈現(xiàn)大幅上漲的趨勢。在我國84％左右的煤炭被直接燃燒，而煤焦燃盡時間一般占到整個煤粉顆粒在爐膛內(nèi)總?cè)紵龝r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，同時利用XRD技術(shù)對煤焦的微晶結(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對煤焦的燃燒起促進(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)測了四種煤焦在低溫下的燃燒反應(yīng)行為。通過對四種煤焦的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間增大，并且1273K時氣化半焦處于過渡區(qū)反應(yīng)階段；采用中心差分法計算的氣化半焦的燃燒速率隨停留時間先增加后減??；并且應(yīng)用美國Micromeritics公司的自動吸附儀(ASAP2020)對1273K溫度下5%、20%氧濃度下的氣化半

5、焦燃燒產(chǎn)物測量了煤焦的孔隙結(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，編寫程序模擬計算單顆粒煤焦在給定外部溫度場和氧氣濃度場下燃燒的顆粒內(nèi)部濃度場的分布、焦炭燃燒速率、焦炭粒徑隨燃盡度的變化，對煤焦顆粒的燃燒反應(yīng)動力特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。模擬通過對邊界處溫度場、氣體濃度場的比較，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)行了對比，得