用无形孔模型研究影响煤粉燃烧的因素

用一种新的孔隙结构模型──无形孔模型来研究影响煤粉燃烧的因素。对该模型进行数值计算，跟踪燃尽过程中温度、氧浓度、燃烧速率等随时间的变化，得到有关曲线。定量探讨整个煤粒内部的燃烧过程。研究挥发分析出和燃烧对煤粉燃烧过程的影响。研究孔隙率、比表面积、粒径等因素对煤粉着火、燃尽的影响。结果表明孔隙率对燃尽的影响较大，而比表面对着火的影响较大。     

煤颗粒燃烧过程中的热解及焦燃烧行为模拟研究

为研究煤颗粒在燃烧过程中的热解与焦燃烧行为,给解耦燃烧装置的设计和优化提供参考,基于煤燃烧过程的不同阶段(干燥阶段、热解阶段、焦燃烧阶段),结合传热传质过程和反应动力学机理,建立了单颗粒煤燃烧模型。利用该模型,分析了煤在燃烧过程中颗粒内部温度、气体组分的演化过程,以及热解阶段和焦燃烧阶段的耦合关系。结果表明,在煤燃烧过程中,靠近颗粒表面处焦的燃烧提高了颗粒内部焦燃烧的初始反应温度,导致颗粒可达到的最高温度出现在颗粒中心处;随着颗粒尺寸的增加,热解时间和总燃烧时间的差值增加,该趋势对于粒径大于4 mm的煤颗粒更加明显,意味着在解耦燃烧实际应用中应选用粒径大于4 mm的煤颗粒。     

分形理论对煤粉粒度和孔隙的表征

介绍了分形理论的定义,说明自相似性和标度不变性是分形的2个重要特征。从粒度分形规律和煤粉研磨超细化分形2个方面对煤粉超细化分形进行了研究,说明煤粒研磨过程中,绝大部分能耗用在小颗粒的研磨上,颗粒表面分形维数越大,研磨能耗越高,颗粒形状越不规则,能耗越大。详细介绍了气体吸附法、压汞法和扫描电镜图像法3种测定煤粉孔隙分形维数的方法,阐述了煤粉粒度和孔隙的分形规律及国内外相关研究现状,着重说明了煤粉的研磨、高效燃烧、煤粒与孔隙发育程度的关系及煤粒孔隙的特点与瓦斯存在形式的关系。最后提出了煤粉粒度和孔隙的研究方向。     

不同富氧气氛下焦炭氮转化及原位还原的数值模拟

在焦炭燃烧过程中,焦炭颗粒会对产生的氮氧化物起到一定的异相催化还原作用,但其机理仍不明确。基于焦炭颗粒内部有不同碳基和发达的孔隙结构,根据焦炭颗粒在富氧气氛下燃烧的特性,建立了焦炭氮转化的分子动力学模型和多种气体传质模型。使用FORTRAN语言编程模拟了不同富氧气氛下粒径为100μm的单颗粒焦炭的燃尽过程。结果表明:燃烧初期颗粒内部NO出现短暂的积聚现象,颗粒内部的还原能力较弱,随着反应的进行及温度的升高,还原能力增强,由于缺氧而产生了CO气体,有利于NOx的还原。对比了环境温度为1 200℃时,O2和CO2的体积分数比分别为20∶80,25∶75,30∶70的不同气氛下焦炭颗粒内部NO,CO和N2等气体的体积分数,表明O2和CO2的体积分数比为25∶75的气氛是最佳气氛,既保证了焦炭颗粒的高效燃烧,又有利于增强焦炭颗粒的还原能力。     

焦炭颗粒在不同控制区域中的燃烧特性

针对焦炭颗粒在煤粉炉内的复杂燃烧过程,建立相互耦合的导热、气相传质模型及改进的随机孔模型. 通过FORTRAN编程,研究了焦炭颗粒在不同控制区域中的燃烧特性,应用改进的随机孔模型,研究了焦炭颗粒在扩散-化学反应动力学控制区中的燃烧特性. 结果表明,在扩散-化学反应动力学控制区,碳基上的小孔内部存在O2浓度梯度,焦炭颗粒的转化速率在转化率约为0.39时出现最大值,随燃烧过程进行先增大后减小.     

恒温热重法单颗粒煤焦燃烧动力学

引言 煤焦燃烧动力学的研究对确定燃煤特性、燃烧效率、锅炉设计及环境排放等具有重要意义与应用价值.煤焦的燃烧为典型的多孔颗粒的气固反应过程,其主要受到外扩散控制、内扩散控制和化学反应控制的影响.要研究化学反应本身对燃烧过程的影响就需要在实验设计中消除内、外扩散对燃烧过程的影响,或者通过理论或实验的定量计算将内、外扩散的影响予以扣除[1-5];但是,进行理论或实验定量计算内、外扩散的影响实际是建立在经验公式的基础上,对不同体系及物料会引起难以预测的误差.一般说来,实验设计中消除内、外扩散的影响可通过减小煤粒大小和提高气流速度等方式实验确定[4,5].本研究拟采用热失重分析技术,基于煤焦颗粒在热天平中燃烧反应过程的分析,寻找确定燃烧过程中已消除内、外扩散影响的化学反应控制阶段的方法,以获得煤焦颗粒燃烧过程本征化学反应常数及其简便计算方法.     

大颗粒煤燃烧传递动力学破碎理论模型

研究了大颗粒煤燃烧中的颗粒破碎现象，理论分析了大颗粒煤的着火过程和颗粒破碎过程，建立了大颗粒煤燃烧传递动力学破碎模型，对褐煤、烟煤和无烟煤三个典型煤种进行了燃烧初期数值模拟，指出了大颗粒煤燃烧时着火和颗粒破碎的内在联系。     

大颗粒煤燃传递动力学破碎理论模型

研究了大颗粒煤燃烧中的颗粒破碎现象，理论分析了大颗粒煤的着火过程和颗粒破碎，大颗粒煤燃烧传递动力学破模型，对褐煤、烟煤和无烟烟煤三个典型煤种进行了燃烧初期数值模拟，指出了大粒煤燃烧时着火和颗粒破碎的内在联系。     

循环流化床燃烧数学模型及试验研究

利用循环流化床内气－固两相流动基础方面的研究成果, 提出床内气固浓－淡流动模型, 建立适用不同结构参数的循环流化床燃烧模型, 考虑了床内气体、固体颗粒的返混、循环过程以及煤燃烧、污染气体的生成和分解、颗粒磨损等过程． 在循环流化床燃烧试验台上进行实验研究, 模型仿真结果和实验数据吻合良好, 表明气固两相浓－淡流动模型所建立的循环流动床燃烧系统模型可以正确地模拟循环流化床的燃烧过程．     

O2/CO2气氛下基于反应面积的Char-N转化模型的建立

目前,研究者普遍认为焦炭氮（Char-N）向NO转化时Char-N反应速率与焦炭燃烧速率成正比,这种处理方式忽略了焦炭颗粒燃烧过程中焦炭和Char-N反应面积变化的差别,与实际情况相差较大。针对此问题,本文充分考虑了焦炭燃烧时碳基和Char-N由于存在形式不同导致的反应面积变化的差别,在通过随机孔模型处理焦炭颗粒燃烧的同时采用收缩模型的思维处理Char-N的转化,建立了一个具有两种模型优势的综合模型。模拟了粒径为100μm的焦炭颗粒在O₂/CO₂气氛下的燃烧过程,以及颗粒内部Char-N向NO的转化过程。通过Fortran自主编程并进行计算。结果表明,新建立的模型计算结果能够与实验数据吻合,具有较好的适用性。同时新模型具有表征Char-N转化过程中各参数变化的能力。环境O₂浓度的增大和焦炭颗粒粒径的增大都会导致反应过程中NO生成量增多,同时由于焦炭和Char-N反应面积变化不同,NO的生成曲线存在二次升高的现象。     

煤的孔隙结构与反应性关系的研究进展

煤在气化、燃烧与活性炭制备等热化学转化过程中，均存在着孔隙结构与表面积的变化．煤的孔隙结构变化特征的研究是煤炭高效合理利用的基础．从煤的孔隙结构的表征、反应过程中孔隙结构变化以及孔隙结构模型三方面总结了煤的孔隙结构与反应性关系领域的研究现状，并对今后的研究重点进行了展望，即加强孔隙结构与反应性关系通用规律和催化剂对孔隙结构影响两方面的研究．     

煤矸石对泡沫混凝土孔结构的影响

本文将粉磨之后的煤矸石替代部分水泥掺入到混凝土中,通过物理发泡工艺制备煤矸石泡沫混凝土。采用FiJi-imageJ图像分析技术等对泡沫混凝土的孔径分布、平均孔径、气孔直径等进行表征,分析了煤矸石改善泡沫混凝土成孔的原因以及煤矸石粉磨粒径对泡沫混凝土抗压强度的影响。结果表明:当掺入粒径为45 μm的煤矸石粉时,泡沫混凝土的强度随着掺量的增加逐步下降,而掺入粒径为15 μm的煤矸石粉时,强度则随掺量的增加呈先上升后下降的趋势;在调节孔结构方面,粒径为45 μm的煤矸石粉优于粒径为15 μm的煤矸石粉,并在50%(质量分数)掺量下达到最优效果。     

分形多孔介质的孔隙特性对气体扩散的影响

采用随机行走方法建立了分形多孔介质生成模型,生成的颗粒在形貌上与真实多孔颗粒接近,且能够反映其固有分形特征。在此模型基础上,根据经典分子动理论建立扩散控制方程,对气体在多孔介质中的扩散进行数值模拟。分析了比表面积、平均孔径、孔隙率等孔隙特性参数对扩散的影响,获得了分形多孔介质中气体扩散系数与平均孔径的函数关系。结果表明,扩散系数随平均孔径的增大以幂函数形式增大,相应的指数表征扩散系数对平均孔径的敏感度,其值随孔隙率的增大呈线性减小。     

超声辐照对水煤浆浆体燃烧性能的影响

选用兖州、红会及大同等煤样制备水煤浆,考察了超声辐照对浆煤燃烧性能的影响。TG及DTG的实验结果表明,在超声强度为80W／cm^2,频率为20kHz和辐照时间8min的条件下,经超声辐照后,煤的着火点、燃层温度以最大燃烧反应速率时的温度等降低,失重速率增加,燃烧性能得到改善。采用ASAP对超声辐照前后的煤粒的孔结构分布进行了表征,表明超声辐照对煤浆燃烧性能的影响与辐照前后煤的孔结构分布变化有着密切的相关性。     

Three‐dimensional modeling of porosity development during the gasification of a char particle

This work is devoted to the three‐dimensional, direct modeling of porosity and specific surface development during the gasification of a char particle. The model was developed for heterogeneous reactions occurring inside a char particle in a kinetically controlled regime. The main goal of this work is to analyze the impact of different pore size distributions on the particle carbon conversion rate. In particular, it is shown that under certain conditions the outer particle surface can influence the specific surface area. In this context the possible adaptation of the parameter ψ from the random pore model (RPM) developed by Bhatia and Perlmutter is explained. The results of simulations are compared against the RPM and discussed. Additionally, based on the results of simulations, the physics behind several input parameters used by the RPM are explored. Finally, the possible fragmentation of a chemically reacting char particle during its gasification in dependence of instantaneous porosity was investigated numerically. It was shown that the earliest fragmentation occurs at a carbon conversion of about 0.5–0.6 due to the disaggregation of the pore walls. The results are discussed and compared implicitly with data published in the literature. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 1638–1647, 2017     

Physical structure and combustion properties of super fine pulverized coal particle

Physical structures and combustion properties of super fine pulverized coal particles of eight Chinese coals, Heshan subbituminous coals and Jincheng lean coals from two areas of China, have been investigated using accelerated surface area and porosimetry, thermobalance (TGA), and Fourier transform infrared spectrometer. Results showed that the particle specific surface area and pore volume increased greatly when the coal particle size was reduced. The higher the carbon content on a dry ash-free basis is, the larger the particle specific surface area and pore volume are. When the coal particle size decreases, the combustion process can be largely improved, ignition temperature is reduced, and SO₂ emission from coal combustion is also lower.     

Modeling the temperature in coal char particle during fluidized bed combustion

The temperatures of a coal char particle in hot bubbling fluidized bed (FB) were analyzed by a model of combustion. The unsteady model includes phenomena of heat and mass transfer through a porous char particle, as well as heterogeneous reaction at the interior char surface and homogeneous reaction in the pores. The parametric analysis of the model has shown that above 550 °C combustion occurs under the regime limited by diffusion. The experimental results of temperature measurements by thermocouple in the particle center during FB combustion at temperatures in the range 590-710 °C were compared with the model predictions. Two coals of different rank were used: lignite and brown coal, with particle size in the range 5-10 mm. The comparisons have shown that the model can adequately predict the histories of temperatures in char particles during combustion in FB. In the first order, the model predicts the influence of the particle size, coal rank (via porosity), and oxygen concentration in its surroundings.     

燃烧过程对页岩灰孔隙结构的影响

页岩灰为油页岩及其半焦的燃烧产物，可作为建筑原材料、化工填料和吸附剂等，具有一定的工程应用价值。采用氮气等温吸附/脱附法对油页岩燃烧生成的页岩灰的孔隙结构进行了测量，并对不同升温速率和不同终温所得到的页岩灰的孔隙结构进行了比较，结果表明：如果油页岩在快速升温条件下燃烧所放出的热量能够被周围环境吸收而使得油页岩颗粒温度始终低于其灰熔点温度，所得到的页岩灰的孔容积和孔比表面积较大，适宜工业应用。