论文部分内容阅读
目前,大型电站锅炉普遍使用粉煤悬浮燃烧系统,粉煤的燃尽度不仅反映了悬浮燃煤系统重要的运行特性,而且严重影响锅炉效率。如何运用简单有效的模型预报煤的燃尽度,对锅炉燃烧的优化调整与控制及锅炉设计均具有重要意义。煤粉燃烧以煤焦的燃烧为主,煤焦燃烧过程中的活性比表面积,是煤焦与氧气本征反应动力学模型的重要参数,对从物理本质上探讨和解释煤焦的反应性具有重要的意义。研究煤焦的热物性,如比热在燃烧各个阶段的变化,对于准确预测煤的着火等燃烧特性有积极的意义。本文选取了三个煤样,在滴管炉(DTF)和热重分析仪(TGA)上制备了9种煤焦,分别测定了其孔径及比表面积分布,用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对其表观形貌进行了观察。分别以三种气氛、三个升温速率对所制得的焦样进行了热重分析,运用SCT反应动力学理论,得到了活性表面积Ae、临界活化能Ec和频率因子k0随燃尽度的分布;并应用差示扫描量热(DSC)对5种煤焦在(70~500)℃范围内的比热容进行了测定。研究结果表明:实验煤焦燃烧过程中,活性表面积Ae随燃尽度α增大而增大,燃烧反应速率达到最大时,活性表面积的变化速率也达到最大;活性比表面积的变化率随着燃尽度α的增大,呈现先增大后减小的趋势,与燃烧速率成正比,大部分曲线在燃尽度90%附近出现峰值,而后迅速降低。同种煤焦在高升温速率(30℃/min,50℃/min)下的活性比表面积变化率要明显高于低升温速率(10℃/min)下的值。应用SCT模型计算得到的不同实验煤焦的活化能Ec都表现出在反应开始和结束时较高,反应中期较低且分布较为平缓的特征。反应后期(α>85%),煤焦活化能快速上升,从(100~200)kJ/mol增大到300kJ/mol。频率因子k0与活化能Ec的变化趋势相同,变化范围与焦样的种类有关,大致在(10-6~1011)kg/(m2sPa)之间。500℃以前,实验煤焦比热容的测定值与模型预测值变化趋势一致,都随温度升高单调增加,从70℃的0.9 J/g℃左右增大到500℃时的(1.4~1.7)J/g℃左右,一般实验值要略大于理论值。1100℃下的焦样,比热容均比1300℃下的焦样要大,且原煤中挥发份含量Vdaf越高,对应的两个热解温度水平下的焦样的比热值相差越大。