《粉煤燃烧过程中氧气可达比表面积和有效反应比表面积的试验研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粉煤燃烧过程中氧气可达比表面积和有效反应比表面积的试验研究（80页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华中科技大学 硕士学位论文 粉煤燃烧过程中氧气可达比表面积和有效反应比表面积的试验 研究 姓名：余娜 申请学位级别：硕士 专业：热能工程 指导教师：傅培舫;周怀春 20070607 I 摘 要 在煤粉着火和燃烧过程中，许多物理和化学过程都是在煤粒表面和孔隙中进行 的，煤粉的比表面积、孔容积及孔隙结构成为影响煤粉燃烧的重要参数。不同煤种的 比表面特性不同，必然会导致其燃烧性能的差异。研究不同煤种及其在燃烧过程中比 表面特性具有较大的理论和实际应用价值。 本文选取了五个煤种，通过 TG 实验和 N2/BET 比表面积测试研究了煤粉在常压 和加压条件下氧气可达比表面积在燃烧过程中的变化规律；在沉降炉
2、（DTF）上制取 了五种煤焦， 通过 TG 实验以及 SCT 模型研究了同种煤焦在不同气氛下的有效反应比 表面积以及临界活化能随燃尽度的变化规律。 研究结果表明：煤粉无论是在常压还是加压条件下的燃烧过程中，当平均孔径大 于某一值时其累积比表面积的大小与燃尽度有很好的相关性。煤粉在常压 TG 下的燃 烧过程中的累积比表面积基本都经历了先增大后减小的过程，而它们的氧气可达比表 面积在燃烧过程中都是逐渐增加的。煤粉在加压 PTG 下的燃烧过程中，其累积比表 面积和氧气可达比表面积都是随着燃尽度的增加而增加的。常压 TG 下的煤粉累积比 表面积以及氧气可达比表面积都比加压 PTG 下的大。 煤焦燃烧过
3、程中有效反应比表面积随着温度以及燃尽度的增加先增大后减小，其 随着温度的变化曲线与 DTG 曲线形状相似，而且有效反应比表面积最大值所对应的 温度与燃烧速率最大值所对应的温度比较相近。 有效反应比表面积在燃尽度为 90%左 右时达到最大值，当燃尽度接近 100%时，有效反应比表面积迅速减小。煤焦燃烧过 程中临界活化能随着燃尽度的增加而增加，在燃烧末期，反应的临界活化能值都增加 的幅度很大，当燃尽度接近 100%时，煤焦临界活化能值非常大。通过与 DTG 曲线的 对比可以发现，煤焦在不同气氛下的反应活性与燃烧速率比较吻合，表明通过 SCT 模型计算得出的临界活化能能真实的反应煤焦燃烧过程中反应活
4、性的变化。 关键词：SCT 模型 氧气可达比表面积 有效反应比表面积 临界活化能 燃尽度 II Abstract A lot of physical and chemical processes are carried out in coal particle surface and pore during the ignition and combustion of pulverized coal. The specific surface area, pore volume and pore structure of pulverized coal become the important
5、 parameter affecting the pulverized coal combustion. Different kinds of coal have different specific surface characteristics, which can result in the diversity of combustibility. So, studying different kinds of coal and their specific surface characteristics in combustion has very important theory s
6、ignificance and practical application value. In this paper, five kinds of coal were selected for studying the variations of Oxygen-Accessibility Specific Surface Area(OASSA) during pulverized coal combustion under atmospheric pressure and pressurization, with TG experiments and N2/BET specific surfa
7、ce area tests. Five kinds of coal char were obtained in Drop Tube Furnace(DTF). Though TG experiments and SCT(Simple Collision Theory) model, the variations of Effective Reaction Specific Surface Area(ERSSA) and Critical Activation Energy(CAE) with burnout degree during coal char combustion were rea
8、ched. The results showed that: when the average pore diameter of coal was greater than a certain value, the Cumulative Specific Surface Area(CSSA) correlated well with burnout degree, whether the pulverized coal combustion was under atmospheric pressure or pressurization. The CSSA increased first an
9、d then decreased in combustion under atmospheric pressure TG, but their OSSA increased gradually in the reaction. The CSSA and OASSA both increased in combustion under PTG. The CSSA and OASSA under atmospheric pressure TG was greater than that under PTG. The ERSSA increased first and then decreased
10、with temperature and burnout degree during coal char combustion. Its change curve with the temperature was similar with DTG curve. The ERSSA and the combustion rate almost reached peak at the same temperature. When the burnout degree was 90%, the ERSSA reached maximum. The CAE increased with burnout
11、 degree during coal char combustion, and it reached greatest value in combustion telephase. Compared with the DTG curve, the reactive activity of coal char, III which was in different atmosphere, coincided with the combustion rate comparatively. And it showed that the CAE, which was calculated by SC
12、T model, can response the reactive activity during coal char combustion in truth. Keywords: SCT model Oxygen-Accessibility Specific Surface Area burnout degree Effective Reaction Specific Surface Area Critical Activation Energy IV 主 要 符 号 表 拉丁字母： A 为反应物碰撞的含灰表面积，或扩 散横截面积，m2 d 直径, m dp 颗粒直径，m ds Knuds
13、en 扩散孔径 D 分子直径，m ；或分子扩散系数， m2.s-1 Dko2 氧气分子Knudsen扩散系数, m2 s-1 Dr 为扩散阻力，s mol-1 Ea 活化能，J.mol-1 Ec 临阶活化能, J.mol-1. J 组分通量, mol m-2 s-1 k 指前因子 kc 对流传质系数，m.s-1 kT 曲折因子 kV 为体积反应速率常数 mol.m-3.s-1 k 反应颗粒表面炭灰密度与炭密度的 比。 l 分子平均自由程, m M 反应物的质量, kg m 每千摩尔分子量, kg.kmol-1 N 分子数, m-2 s-1, or mol m-2 s-1 P 气体总压 ,N.m
14、-2 rj, mol 单位表面积的反应速率, kmol m-2 s-1 rj 单位表面积的反应速率, kg m-2 s-1 Rj 绝对反应速度 kg.s-1 R 8.314 J mol-1 K-1 ； 或 R 反应速率， mol.s-1 t 时间, s T 温度, K Se 单位质量的纯碳粒的内表面积, m2.kg-1 S 含灰煤粒比表面积 , m2 kg-1 x 组分的摩尔分数 xo,c 煤焦颗粒孔隙中的氧气浓度，% xo,ks 煤焦颗粒 Knudsen 扩散孔中的氧气 浓度，% y 组分的质量分数 希腊字母： 燃尽度 , 化学当量系数 孔深；或煤层厚度，m 0ash 工业分析中灰的含量，%
15、 多孔微粒单位体积的密度 , 或质 量浓度, kg.m-3 下标： 0 初始量 c 碳、对流或空隙 f 火焰锋面 F 燃料 i 某一组分 l 大孔 m 中孔 或矿物 o 氧气 p 粉煤粒子 r 可燃质 环境 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做 出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校
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