煤热解是燃烧、气化等主要煤热转化过程中首先发生的反应,也是可独立运行联产焦油、半焦/焦炭和热解气的重要转化技术。热解动力学是设计合适热解反应器的关键基础。煤热解反应与煤结构有直接关系,关联煤热解产物的产率与煤结构是获得煤种对热解产物分布影响的途径之一,并可建立热解模型,为热解工艺开发和技术经济评价提供有力的工具。　　 本文对属于褐煤、次烟煤、烟煤和无烟煤的五种煤样,采用热天平和微型流化床反应器分别考察了程序升温挥发分和快速升温煤热解挥发分主要气体析出特性,获得了相应的动力学参数;利用13C核磁共振(13C NMR)和X射线光电子能谱(XPS)对五种煤结构进行表征,得到了煤中不同类型碳的含量,结合快速热解挥发分主要气体产率与不同类型碳含量的关系,建立了热解挥发分主要气体析出动力学模型。采用AspenPlus软件对循环流化床(CFB)锅炉燃烧耦合热解系统进行了过程模拟和初步的经济评价。　　 本论文研究获得了以下主要结果:　　 (1)煤热解挥发分主要气体析出动力学研究。程序升温实验揭示了热解挥发分主要气体开始析出的顺序依次为CO2、CO、CH4和H2,而等温热解实验也证明了CO2和CO的析出先于CH4和H2。针对考察的五种煤,程序升温热解的挥发分析出可分为三个阶段,第一阶段的活化能最低,为3.17～8.41kJ/mol;第二阶段的活化能最高,为29.15～118.77kJ/mol;第三阶段的活化能比第二阶段略有降低,为26.67～99.66kJ/mol。而五种煤的微型流化床等温快速热解的挥发分主要气体总量析出活化能为17～35kJ/mol,小于程序升温热解的挥发分气体总量析出活化能,反映了煤快速升温过程中各种脱挥发分反应的综合效果。同时,CO2和CO析出的反应级数为0.97～1.2,与1接近;CH4析出的反应级数为0.82～1.27,与1偏差稍大;而H2析出的反应级数为1.42～1.7,与1偏差较大,反映了CO2和CO与CH4和H2两类气体在生成机制上存在较大的差异。　　 (2)煤热解机理及热解模型研究。通过对煤结构的表征得到了煤中不同类型的碳含量,关联了煤热解挥发分主要气体产率与煤中不同类型碳含量的关系,确定了CO2和CO的前驱体为煤中羧基碳和羰基碳,CH4和H2的前驱体为煤中甲基类组分。假定气体的生成速率与煤中剩余的该气体的前驱体成正比,建立了考虑煤结构的热解挥发分主要气体析出动力学模型,并对煤热解挥发分主要气体析出的转化率随时间的变化进行了计算。模型计算结果表明,CO2、CO和CH4的转化率计算值与实验值符合较好,说明一级反应可近似表达这三种气体的析出过程;H2的转化率计算值在反应刚开始时与实验值比较接近,但随着时间的延长,计算值开始大于实验值,说明H2的析出与一级反应模型有一定偏离,这与动力学实验得到的反应级数的变化情况一致,可能是由于热解过程中H2的生成机理比较复杂所致。　　 (3)循环流化床燃烧耦合煤干燥和热解技术过程模拟。采用Aspen Plus软件对燃烧褐煤的1025t/h CFB锅炉燃烧耦合煤干燥和热解系统进行了过程模拟。干燥煤量占总煤量的35%,采用锅炉烟气干燥,烟气温度从149℃降低到105℃时,煤含水量可从34.7%(收到基)干燥到11.0%(空干基),相应的锅炉热效率可提高2.4个百分点。耦合热解后的系统在全部煤先热解然后半焦燃烧的条件下,焦油和煤气作为产品输出,与CFB锅炉燃烧相比能源效率提高2.5个百分点。单纯CFB锅炉的有效能利用效率为47.3%,耦合上述热解系统后有效能利用效率增高至56.4%。如果35%的总煤量先干燥后热解,生成的半焦与剩余65%的煤去锅炉燃烧,能源效率为95.3%,有效能效率为50.2%,最适合对已有1025t/h CFB锅炉的改造。模拟计算结果表明燃烧褐煤的CFB锅炉耦合干燥器和热解器能显著提高系统的综合能效。　　 (4)循环流化床燃烧耦合热解技术的经济评价。对燃烧褐煤的1025t/h CFB锅炉耦合煤处理量100t/h的热解系统进行经济评价,得到的静态投资回收期为3.9年,小于煤炭行业基准投资回收期;投资利润率为29.4%,大于煤炭行业的平均投资收益率;基准折现率取12%时,与1025t/h CFB锅炉耦合煤处理量100 t/h热解的联产系统的净现值约为5.2亿元。这些结果表明,CFB锅炉燃烧耦合热解技术具有良好的经济性。