粉煤焦燃烧SCT模型的热重实验研究.pdf

中国工程热物理学会 燃 烧 学 学术会议论文 编 号:084277 粉煤焦燃烧SCT 模型的热重实验研究 陈珣 傅培舫周怀春(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,湖北武汉,430074) (Tel: 027-87488961 E-mail: pffu ***@. ) 摘 要: 本文选取 3 个煤种(V dat=% ,% ,%) ,在管式沉降炉(DTF) 上制备了 5 种焦样, 应用热重分析对其在不同氧浓度(20% , 12% ,6%) 下的燃烧特性及动力学参数进行了实验研究。根据建立在气固两相反应动力学基础上的简单碰撞理论(SCT) 模型,给出了煤焦燃烧中活性比表面积(ASSA) 的确定方法,考虑了 TGA 实验中焦样反应表面氧气浓度分布,计算得到了活化能 Ec 、频率因子 k 0 等动力学参数的分布曲线,可提高利用热重分析获取的动力学参数对炉内煤粉燃烧速率预报的准确性。关键词: SCT 模型 反应动力学 活性比表面积 动力学参数 TGA 0前言 煤是世界的主要能源,约有 34%的电力源于煤的燃烧[1]。煤粉的燃尽度不仅反映了燃烧系统的运行特性,而且严重影响燃烧装置的效率。如何运用简单有效的模型预报煤的燃尽度在国际上受到广泛的关注[2,3] 。 煤燃烧以煤焦燃烧为主, 在粉煤炉内的燃烧时间大约是1-4s [4]。国内外研究者大多通过1000℃以下的热重分析来研究煤焦的燃烧反应动力学参数, 大量实验数据表明, lnk 和1/T 并非线性关系, 传统求取活化能Ec 和指前因子k 的方法是一种粗糙的近似。同一煤样在不同热重分析仪中,可能存在 10%以上的误差[5],煤阶变化、煤焦微晶结构变化等因素都简单归入Ec 和k 的变化[6,7,8] ,采用这些模型的预报结果均不够理想。在整理实验数据过程中,忽略氧气浓度变化,会对动力学参数的测定结果产生较大影响。 煤及煤焦的反应表面积在燃烧过程中的变化是非常复杂的,相关研究工作已经有大量的报道[9,10,11,12] 。并不是所有孔隙表面在反应中都是活化的,氧气扩散抵达的表面上并非含有碳原子,表面的碳原子也不一定具有反应活性,都不能形成反应所需的有效碰撞。现有研究中,关于 N 2或CO 2 吸附测定反应煤焦比表面积变化的报道很多,但关于反应活性比表面积(ASSA)的系统研究还不多见。 本文基于简单碰撞理论的煤粉燃烧动力学模型(SCT 模型),选取具有代表性的三个煤样,在滴管炉上制取了9 种焦样,在3 种不同氧浓度(20%,12%,6%)的气氛中进行了 TG 实验。提出一种根据TG 曲线计算活性比表面积(ASSA)的方法,采用 SCT 模型,考虑了煤焦反应表面氧气浓度的变化,计算得到了临界活化能Ec、频率因子k 0 等动力学参数的分布。资助项目:国家自然基金资助项( ) ;国家自然科学基金资助项( ) 1 理论建模 傅培舫在研究了煤焦的燃烧氧化反应后,提出了煤粉燃烧的SCT 理论模型[13][14][