我国褐煤资源丰富,可以通过热解技术首先提取煤中赋存的油气和化学品,再将固体半焦用于清洁燃料或化工原料,从而实现褐煤的梯级加工利用。但由于褐煤热稳定性较差,热解过程容易产生粉化,造成荒煤气夹带粉尘、管路堵塞以及油尘难分离等问题,从而增加了褐煤清洁利用的难度。本文以两种蒙东褐煤(XM和BM)作为研究对象,利用微型固定床与流化床热解反应装置对两种褐煤进行热解粉化试验研究,考察了粒径、加热终温、升温速率及固体停留时间对褐煤热解粉化程度的影响。由试验和理论两个方面较为系统地研究两种褐煤的热解粉化特性,全文的主要研究包括以下四部分内容:(1)两种蒙东褐煤在热力与机械力不同加载下的热解粉化试验研究;(2)颗粒粉化与微观结构变化的联系;(3)影响粉化的主要因素分析及粒径关联模型建立;(4)热解粉化过程分析及机理研究。由单独热力作用下的固定床热解粉化实验可知,两种褐煤的粉化程度均随着粒径的增大、加热终温的升高、升温速率的增大、停留时间的延长而增大;由热力与机械力不同加载试验可知热力作用下挥发分的析出是引起粒度变化的主要原因,而机械力作用主要引起颗粒外围细颗粒的剥落。通过原煤及半焦的热重分析及工业分析可知,挥发分的析出是影响煤粒粉化的主要因素;利用压汞法和BET分析研究颗粒孔隙结构变化与粉化的联系,发现随着挥发分的不断析出,促使煤粒中的孔隙逐渐发育为大孔与裂纹,同时生成新的微孔、中孔,而大孔与裂纹中的热应力集中是导致粉化的直接原因。利用灰色关联理论对固定床与流化床热解粉化实验数据进行统计处理发现:升温速率是影响粒度变化率的最主要的因素,而影响粉化率的主要因素是升温速率、粒径以及加热终温,流化床热解时流化数对粉化率的影响也较大,延长热解的停留时间不会大幅度增加颗粒的粉化程度。根据因素的主次顺序,建立粉化前后平均粒径与主要因素的关联函数模型,经验证适用性较好,可作为预测粒度变化情况的模型。本文分析了褐煤热解的粉化过程,认为褐煤热解过程中挥发分大量析出,颗粒内部产生集聚胀力孔隙结构发育为大孔与裂纹,形成很多破碎核,热应力在破碎核集中作用,引起颗粒粒度变化,加剧颗粒的粉化程度。通过对球形模型的模拟计算,研究较高升温速率下的褐煤热解粉化机理得出:煤粒最大应力值与材料的弹性系数E、泊松比μ、膨胀系数αl以及温度差△T有关,而与煤粒的半径r0和热扩散系数α无关;球体煤粒的中心位置拉应力最大,最外层产生最大压应力,计算BM热解过程中的最大拉应力为8.96MPa,最大压应力为23.22MPa,均大于煤粒材料强度,由此可知煤粒受热粒度变化主要是由于颗粒内部的拉应力作用,粉化量主要源于颗粒外围压应力作用。