【摘 要】
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煤炭作为我国的主要消费能源既可以用来发电,也可以用于炼焦、气化和低温干馏等;而气化和低温干馏会产生副产品半焦和残炭,它们的含碳量还很高,直接舍弃会造成能源的浪费,用
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煤炭作为我国的主要消费能源既可以用来发电,也可以用于炼焦、气化和低温干馏等;而气化和低温干馏会产生副产品半焦和残炭,它们的含碳量还很高,直接舍弃会造成能源的浪费,用于燃烧发电却又因其挥发分含量低而仍存在着火稳燃困难和燃尽率低等问题;因此,为实现热解半焦的清洁高效利用,需探究其着火特性。本文先建立煤粉瞬态着火模型,再以其为基础建立适用于热解半焦的瞬态着火模型,并对神华烟煤和热解半焦在不同氧浓度和不同环境温度携带流条件下的着火特性进行研究。煤粉和热解半焦颗粒的着火模型包括脱挥发分模型以及挥发分和煤焦燃烧模型;对于挥发分和煤焦的燃烧模型,本文采用总包反应的形式来描述各均相和异相反应,以此来简化数值计算量;对于脱挥发分模型,选用化学渗透脱挥发分模型(CPD模型)用于神华烟煤的计算,挥发分单方程热解模型用于热解半焦的计算;然后对颗粒和气相的输运控制方程,采用隐式控制容积法进行离散,并利用MATLAB编写计算程序,求解颗粒温度、颗粒内气体各组分浓度分布、气相边界层温度以及气相边界层气体各组分浓度分布。由于脱挥发分模型的准确性影响着着火过程模拟计算的准确性,所以本文先对其进行验证。对于煤粉颗粒,相比傅-张通用模型和双方程竞争模型,CPD模型既可以很好的描述煤粉挥发分的总产量,也可以预报各组分的产量;对于热解半焦颗粒,相比CPD模型,修改动力学参数后的单方程模型能更好的描述其脱挥发分过程。利用建立的煤粉和热解半焦颗粒着火模型对神华烟煤和热解半焦在1600K-1800K,5%-30%氧浓度携带流条件下进行计算,结果表明:在所有的计算条件下,神华烟煤和热解半焦的着火都由均相着火先开始,其中神华烟煤的非均相着火时间晚于热解半焦;随着氧浓度和环境温度的升高,神华烟煤和热解半焦的着火延迟时间均缩短,其中热解半焦的着火延迟时间晚于神华烟煤的着火延迟时间;随氧浓度的增加,两者的均相和非均相着火温度均降低;随环境温度的升高,二者的均相着火温度都下降,而非均相着火温度与环境温度无关。
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