随着世界能源短缺和环境恶化加剧,人们越来越关注对煤的有效利用的研究。对煤焦表面结构及其在燃烧过程中变化的准确描述是煤研究的基础。煤焦表面结构变化的有效表征方式是表面孔径分布和孔洞比表面积,其对煤的气化、液化、焦化及煤的燃烬率均有显著的影响。但鉴于煤表面结构的复杂性,以及过去测量水平、数学描述方法和计算能力的限制,人们对煤焦表面在燃烧过程中的变化只能进行表观描述或定性分析,对其的研究还多限于孔模型的建立。本课题在研究煤焦燃烧过程中表面结构变化规律的同时,采用表面孔洞分形维数(SPFD)来表征煤焦表面结构,并建立了煤焦表面孔洞比表面积S与表面孔洞分形维数值D两者之间的经验关系式,即从理论上实现了用SPFD有效表征煤焦表面孔洞结构的机理解释。本文具体的研究内容包括以下几点:首先,总结了煤焦表面结构测试技术及发展现状,包括目前对燃烧过程中煤焦表面结构变化的认识以及表面结构测试技术,讨论了煤焦表面结构的描述方法,以及扫描电镜方法的应用和研究现状。其次,对分形理论做了一定的研究,并结合分形理论以及MATLAB软件特点,编译出自动计算煤焦SEM图像SPFD值的应用程序。用此程序对SEM图像进行分析,可以获知煤焦表面结构信息,如孔洞数量N、孔洞尺度r及SPFD值,并建立了煤焦表面孔洞比表面积S与表面孔洞分形维数D的关系模型,通过对曲线拟合推导出两者之间的经验关系式,从而实现了煤焦表面结构的定量描述。最后,对燃烧过程中煤焦表面结构的变化规律进行探讨,主要通过控制燃烧温度,燃烧时间来研究煤焦表面孔洞分形维数的变化规律,并研究了粒径,煤种,是否酸洗脱灰等因素对煤焦燃烧时表面结构的影响,得出一系列实验结论。