富氧燃烧条件下焦炭燃尽过程的数值模拟研究

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1、分类号学号M201270907学校代码10487密级硕士学位论文富氧燃烧条件下焦炭燃尽过程的数值模拟研究学位申请人：皮理刚学科专业：热能工程指导教师：柳朝晖教授答辩日期：2015年5月20日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringNumericalSimulationofCharBurnoutProcessunderOxy-fuelCombustionConditionsCandidate:PiLigangMajor:Ther

2、malEngineeringSupervisor:Prof.LiuZhaohuiHuazhongUniversityofScience&TechologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者

3、完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在____________年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要富氧燃烧技术是目前实现大规模CO2富集和减排的有效技术，本文以富氧燃烧条件下焦炭燃尽过程为研究对象，发展了适用于富氧

4、燃烧的焦炭燃尽模型，并对压力的影响做了初步探讨，为研究增压富氧燃烧技术奠定了基础。内容主要包括以下三个部分：首先，基于焦炭燃尽动力学CBK模型，从气相物性参数、扩散系数和煤焦反应机理等方面进行了改进，并通过实验结果对比验证了模型的准确性与适用性。其次，基于改进后的模型本文模拟了大同煤在O2/N2和O2/CO2气氛下的燃尽过程，与基于平面火焰携带流反应系统的煤粉燃尽实验进行对比。分析了富氧燃烧条件下反应气氛、氧浓度、颗粒粒径、煤阶以及气化反应对煤焦燃尽过程的影响。结果表明，提高氧浓度、采用低阶煤或减小颗粒粒径可以改善煤焦的燃尽特性；相比于常规空气燃烧，气化反

5、应对富氧燃烧条件下煤焦的燃尽有着显著贡献，且气化反应的贡献随氧浓度的降低而增加，随气相温度的升高而增大。最后，本文模拟研究了大同煤在增压富氧燃烧方式下的燃尽过程，详细分析了环境压力对焦炭转化特性、颗粒温度、颗粒粒径、颗粒燃烧速率以及气化反应贡献的影响。结果发现，一定的反应气体体积比的情况下，环境压力的提高有助于煤焦的燃尽，能够加速煤焦颗粒的消耗，导致颗粒粒径减小。而不同的背景气氛下，煤焦颗粒温度和颗粒燃烧速率表现出不同的变化趋势：相比与常压富氧燃烧，增压富氧燃烧方式下气化反应的贡献明显较大，且随着环境压力的提高而增加。关键词：富氧燃烧CBK模型焦炭燃尽特性

6、增压I华中科技大学硕士学位论文AbstractOxyfueltechnologyiscurrentlyeffectivetechniquesforCO2captureandemissionreduction.Thepaperstudiedthecarbonburnoutprocessunderoxyfuelcombustioncondition,anddevelopedacarbonburnoutmodelsuitableforoxyfuelcombustion,anddiscussedtheimpactofpressure,whichlaidthefou

7、ndationforthestudyofelevatedpressureoxyfuelcombustiontechnology.Contentsincludethefollowingthreeparts:Firstly,basedonthecarbonburnoutkineticsCBKmodel,themodelwasmodifiedinaspectsofthegasphysicalparameters,diffusioncoefficientandreactionmechanism,andthencomparedwithexperimentalresu

8、ltstovalidatethemodelaccuracyanda