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1、第八章 煤的燃烧理论第八章 煤的燃烧理论 ? 煤的热解及挥发分的燃烧煤的热解及挥发分的燃烧 ? 碳及焦炭的燃烧碳及焦炭的燃烧 Energy and Environment Institute of Chongqing University Chongqing40044, P. R. CHINA E-mail: Ranjy ，023-65102107 EERCQ Energy and Environment Institute of Chongqing University Chongqing40044, P. R. CHINA E-mail: Ranjy ，023-65102107 EERCQ
2、 第一节 煤的热解及挥发分的燃烧第一节 煤的热解及挥发分的燃烧 Energy and Environment Institute of Chongqing University Chongqing40044, P. R. CHINA E-mail: Ranjy ，023-65102107 EERCQ 第一节 煤的热解及挥发分的燃烧第一节 煤的热解及挥发分的燃烧 ?挥发分析出及燃烧挥发分析出及燃烧和挥发分析出后煤中其余成分形成的和挥发分析出后煤中其余成分形成的碳粒的碳粒的 燃烧燃烧这两个阶段。这两个阶段。 ?煤析出挥发分，本质上是煤在受热条件下所发生的化学热解现 象，在一些研究中又把煤在不同环境
3、中的析出挥发分进一步分 为 煤析出挥发分，本质上是煤在受热条件下所发生的化学热解现 象，在一些研究中又把煤在不同环境中的析出挥发分进一步分 为热解（在惰性环境中），热解（在惰性环境中），氢解（在氢气中氢解（在氢气中），），碳化（在高温碳化（在高温 下）下）和和闪解（在高加热速率下）闪解（在高加热速率下）等等，等等，一般主要研究在惰性气一般主要研究在惰性气 氛和氧气气氛下的挥发分析出，统称为热解或挥发分析出。氛和氧气气氛下的挥发分析出，统称为热解或挥发分析出。 Energy and Environment Institute of Chongqing University Chongqing40
4、044, P. R. CHINA E-mail: Ranjy ，023-65102107 EERCQ 1、煤的形成1、煤的形成 ?煤是世界上最重要的燃料。煤是世界上最重要的燃料。 ?是发电的主要燃料和生产焦炭与煤气的原料。 2、煤岩学 是发电的主要燃料和生产焦炭与煤气的原料。 2、煤岩学 ?由于煤是一种有机的沉积岩石，煤岩学是利用研究岩石 的方法来研究煤。 3、煤化学 由于煤是一种有机的沉积岩石，煤岩学是利用研究岩石 的方法来研究煤。 3、煤化学 ?利用化学方法研究煤的特性就是煤化学。利用化学方法研究煤的特性就是煤化学。 一、煤的组成特性一、煤的组成特性 Energy and Environm
5、ent Institute of Chongqing University Chongqing40044, P. R. CHINA E-mail: Ranjy ，023-65102107 EERCQ 1、煤热解研究方法1、煤热解研究方法 ?静态样品法和连续流动法。静态样品法和连续流动法。 ?热天平方法热天平方法 ?固定床方法固定床方法 ?金属网栅加热方法金属网栅加热方法 ?流化床热解方法流化床热解方法 ?机械搅拌方法机械搅拌方法 ?等离子体高速加热等离子体高速加热 ?热解产物必须和工业分析测定的挥发分含量仔细加以区别。热解产物必须和工业分析测定的挥发分含量仔细加以区别。 二、煤的热解二、煤的热
6、解 Energy and Environment Institute of Chongqing University Chongqing40044, P. R. CHINA E-mail: Ranjy ，023-65102107 EERCQ ?煤质特性；煤种对初次反应中的焦油形成及二次反应敏感性的 变化具有重要的影响。 煤质特性；煤种对初次反应中的焦油形成及二次反应敏感性的 变化具有重要的影响。 ?温度；温度是热解产物组分的最重要变量温度；温度是热解产物组分的最重要变量 ?加热速率；加热速率； ?压力；压力； ?颗粒粒度。颗粒粒度。 2、影响煤热解的因素2、影响煤热解的因素 Energy an
7、d Environment Institute of Chongqing University Chongqing40044, P. R. CHINA E-mail: Ranjy ，023-65102107 EERCQ 3、热解产物3、热解产物 Energy and Environment Institute of Chongqing University Chongqing40044, P. R. CHINA E-mail: Ranjy ，023-65102107 EERCQ ?煤的热解产物主要是由焦油及气体所组成。煤的热解产物主要是由焦油及气体所组成。气体成分中，多 数情况下甲烷是主要组分
8、，其余为CO 气体成分中，多 数情况下甲烷是主要组分，其余为CO2 2、CO、H、CO、H2 2O、HO、H2 2、HCN以 及轻质烃等。 、HCN以 及轻质烃等。 ?影响热解产物的因素有： （1）温度的影响； （2）颗粒粒度的影响； （3）煤种的影响； （4）气氛的影响。 影响热解产物的因素有： （1）温度的影响； （2）颗粒粒度的影响； （3）煤种的影响； （4）气氛的影响。 影响热解产物的因素影响热解产物的因素 Energy and Environment Institute of Chongqing University Chongqing40044, P. R. CHINA E-ma
9、il: Ranjy ，023-65102107 EERCQ ?目前热解动力学模型的发展趋势大致有二个方面：目前热解动力学模型的发展趋势大致有二个方面： ?其一其一是向简单的通用模型发展，主要兼顾实用；是向简单的通用模型发展，主要兼顾实用； ?其二其二是向详细的化学反应机理模型发展，主要考虑从本质上 反映热解过程，并从动力学的角度加以描述。 是向详细的化学反应机理模型发展，主要考虑从本质上 反映热解过程，并从动力学的角度加以描述。 4、热解动力学模型4、热解动力学模型 Energy and Environment Institute of Chongqing University Chongqi
10、ng40044, P. R. CHINA E-mail: Ranjy ，023-65102107 EERCQ （1）单方程模型（1）单方程模型 ?煤的热解是在整个煤粒中均匀发生的煤的热解是在整个煤粒中均匀发生的，其总的过程可 近似为一组分解反应，热解速度可以表达为： ，其总的过程可 近似为一组分解反应，热解速度可以表达为： ()VVk t V = d d 式中：式中：V时间时间t以前所产生的挥发分的累积量，当以前所产生的挥发分的累积量，当t，VV； k速度常数，可用阿累尼乌斯定律表示；速度常数，可用阿累尼乌斯定律表示； V 煤的有效挥发分含量。 煤的有效挥发分含量。 ()nVVk t V =
11、d d Energy and Environment Institute of Chongqing University Chongqing40044, P. R. CHINA E-mail: Ranjy ，023-65102107 EERCQ 单方程模型缺点单方程模型缺点 ?单方程模型仅可用于粗略的估算和比较，要进行单方程模型仅可用于粗略的估算和比较，要进行准确一些的 计算，用该模型是不合适的。 准确一些的 计算，用该模型是不合适的。 ?煤的热解显然不是煤的热解显然不是一个单一反应一个单一反应，在等速热解时，反应集中 在不同温度间隔的 ，在等速热解时，反应集中 在不同温度间隔的许多重叠的分解
12、过程许多重叠的分解过程，而在一般加速热解 的情况下，反应集中在不同时间和不同温度间隔的许多重叠 的分解过程。 ，而在一般加速热解 的情况下，反应集中在不同时间和不同温度间隔的许多重叠 的分解过程。 ?任何一组参数都不能期望在一个较宽的条件范围内能正确地任何一组参数都不能期望在一个较宽的条件范围内能正确地 代表全部数据。代表全部数据。 Energy and Environment Institute of Chongqing University Chongqing40044, P. R. CHINA E-mail: Ranjy ，023-65102107 EERCQ ?煤粉颗粒的快速热分解是由
13、两个平行的一级反应控制，即：煤粉颗粒的快速热分解是由两个平行的一级反应控制，即： （2）双方程模型（2）双方程模型 在该模型中，在该模型中，E2 E1，k02k01。这样在低温时，第一个 反应起主要作用；在高温时，第二个反应起主要作用。 。这样在低温时，第一个 反应起主要作用；在高温时，第二个反应起主要作用。 Energy and Environment Institute of Chongqing University Chongqing40044, P. R. CHINA E-mail: Ranjy ，023-65102107 EERCQ ?双方程模型在双方程模型在实际数值模拟中应用极广。
14、实际数值模拟中应用极广。 ?无论是单方程、双方程还是多方程热解模型，均是无论是单方程、双方程还是多方程热解模型，均是考虑总体考虑总体 的热解产物的析出过程。的热解产物的析出过程。 总的挥发分析出速率总的挥发分析出速率 ()Wkaka t V t V t V 2211 21 d d d d d d +=+= ?从另一种思路出发的一种煤热解模型化方法是将一级反应模 型应用于许多单个化合物或几类化合物的释放过程。 从另一种思路出发的一种煤热解模型化方法是将一级反应模 型应用于许多单个化合物或几类化合物的释放过程。热解产 物的组分模型。 热解产 物的组分模型。 Energy and Environme
15、nt Institute of Chongqing University Chongqing40044, P. R. CHINA E-mail: Ranjy ，023-65102107 EERCQ ?煤热解产物的燃烧是一个相对薄弱的研究领域。煤热解产物的燃烧是一个相对薄弱的研究领域。 ?主要原因可能有二：首先是主要原因可能有二：首先是热解产物燃烧本身的复杂性热解产物燃烧本身的复杂性，它 所涉及的反应机理本身非常复杂，涉及到许多碳氢化合物的 反应； ，它 所涉及的反应机理本身非常复杂，涉及到许多碳氢化合物的 反应；其次是由其次是由于热解产物的燃烧在煤的燃烧过程中相对于 残炭来讲要容易得多，而且
16、于热解产物的燃烧在煤的燃烧过程中相对于 残炭来讲要容易得多，而且可以用一般的气体燃烧的理论来可以用一般的气体燃烧的理论来 近似描述近似描述，所以总体研究相对薄弱。，所以总体研究相对薄弱。 三、热解产物的燃烧三、热解产物的燃烧 ?到目前为止，尚未能对热解产物的燃烧作完整的准确的描述。到目前为止，尚未能对热解产物的燃烧作完整的准确的描述。 Energy and Environment Institute of Chongqing University Chongqing40044, P. R. CHINA E-mail: Ranjy ，023-65102107 EERCQ ?局部平衡法就从全息摄影方法实验现象出发，假设局部平衡法就从全息摄影方法实验现象出发，假设热解产物热解产物 与氧化性气体处于局部热力学平衡状态，此时热解产物的燃与氧化性气体处于局部热力学平衡状态，此时热解产物的燃 烧完全决定于热解产物射流与周围环境的扩散过程。烧完全决定于热解
