《煤反应过程的模拟》PPT课件

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1、第四章煤反应过程的模拟在所有的煤处理过程中，煤粒的反应是一个重要的方面。属于速率限制步骤之列，即它们控制着煤处理过程的特性与规模。这些反应对细微粒子、氮、含硫组分和其他污染物的形成有着直接的影响。§4.1煤反应的组成“煤粒反应”模型煤粒组成在任何反应过程时刻，煤粒由下列四部分组成(1)水分(2)原煤(3)焦炭(4)灰分（矿物质）煤粒可被已挥发的物质所包围对煤反应过程的恰当描述则需要对煤粒的这些组成部分的每一个过程进行模拟Gray：煤反应分为两个部分原煤中挥发分析出残余焦炭的氧化反应原煤中挥发分析出惰性的或氧化的环境中加热煤粒可能变软(变成可塑的)，

2、并经历着内部的转变水→气体和焦油物质(热解pyrolysis，devolatilisation)“热解”程度煤粒总重量的百分之几变到70—80％几毫秒或几分钟取决于煤粒尺寸、煤种及温度条件“焦炭”或“炭”(Char)焦炭的电子扫描显微镜片33微米的Pittsbturgh粉煤，0.21m/s火焰传播速度，火馅前沿后方10mm处的焦炭(×1000)“焦炭”碳含量增加，氧和氢减少，仍含有一些氮、硫及大部分矿物质。常常是球形的(特别是小颗粒)可能膨胀到一个较大的尺寸，使内部呈高度多孔焦炭的特性取决于原煤煤种和尺寸，还取决于热解的条件。残余焦炭的氧化反应-1

3、T足够高，残余焦炭直接与氧接触而氧化非均相反应气态的氧扩散到焦炭颗粒并进入其中，在焦炭颗粒表面被吸附并反应通常比挥发分析出过程慢得多小颗粒：几秒钟，大颗粒：几分钟或更长时间影响反应速率的因素煤种、温度、压力、焦炭的特性(大小、表面积等)及氧化剂浓度残余焦炭的氧化反应-2其他的反应物水蒸气，CO2，H2也可以与焦炭反应速率与氧反应的速率相比则要慢得多挥发分析出与焦炭的氧化可以同时发生，尤其是在非常高的加热速率条件下本章内容着火挥发分析出挥发分的燃烧非均相反应给出与氧气和CO2反应的速率数据§4.2着火特别复杂，还不能给予恰当的描述或归纳主要描述方法：

4、诱导期、熄灭距离、火焰传播、可燃极限、回火、吹熄和熄火煤的着火特性强烈地取决于煤粒的布置方式与形态(1)单颗煤粒，(2)煤堆与煤粉层，(3)煤粉云不同形态情况下的煤的着火特性差别很大单颗煤粒：不产生颗粒的相互作用问题这种布置方式提供了基础资料，而且对于非常稀疏的煤粉火焰可能提供实际的了解。煤堆或煤层：存在于移动床、固定床、储煤堆及煤粉层中煤粉云(cloud)：存在于粉煤燃烧器、工业锅炉、悬浮式气化器，煤矿的粉尘爆炸以及流化床系统(后者更为稠密)定义没有一个合适的简单定义一般定义：燃料与氧化剂达到一个连续反应的过程。经常用可见火焰来鉴别着火。然而，有

5、时反应也能在低温下很慢地进行，没有可见火焰热力理论：当一个可燃物容积中热产生的速率超过热损失速率时，则着火便发生着火时间：在特定的一组条件下，达到某一温度或出现可见火焰，或达到燃料的一定消耗量所需的时间。不存在唯一不变的着火时间影响煤的着火温度和着火时间的变量煤种系统压力挥发分含量气体成分煤粒尺寸煤中水分含量煤粒尺寸分布停留时间气体温度煤的浓度或质量表面温度气体速度矿物质百分数磨煤后煤的老化强烈地取决于煤粒的形态着火温度和着火时间的范围也如此。影响着火过程物理和化学过程来自气体和热颗粒对煤的加热速率煤的热解速率气体燃料和氧化剂组份的扩散速率热解产物

6、与氧的气相反应速率§4.3挥发分的析出对于高温下细煤粉的热解，直到625—675K挥发分析出才明显开始加热使键断裂，使挥发分从煤中逐出影响挥发分析出速率的变量温度、停留时间、压力、粒径和煤种终温可能是最重要的变量褐煤及烟煤挥发分析出的重量损失速率1)煤挥发的程度对两种煤来说都是终温的函数，其变化极大(小于5％到大于60％)。这一挥发分析出的程度显著地与“工业分析”水平不同。2)对于小煤粒(10—200μm)和高温来说，挥发煤粉所需的停留时间很短。3)这两种具有明显不同化学特性的煤，有着类似的挥发分析出的特性。煤的热解产物分布两种煤具有显著的不同特性

7、对烟煤来说含有很多液态产物或焦油对褐煤来说含有很多气体产物(包括水)不同产物的比例随热解温度而变粒径对挥发份的影响对于小煤粒的试验，其产物的分布和挥发分析出速率看来都不随其直径有明显的变化对于大粒径则显示出与细煤粉不同的特性较大的煤粒不能快速或均匀地加热，不能用单一的温度来表征整个煤粒的温度。炭的内部表面提供了发生二次反应的场所。在靠近煤粒中心所产生的热解产物向外流动而逸出，期间，它们可能裂解、凝结或聚合而产生某些碳的沉积物。颗粒越大，沉积量就越大，得到的挥发分产量较小。挥发分析出模型预报挥发分析出速率的模型Badzioch和Hawksley的单部

8、反应模型Kobayashi等人的平行反应模型Antony等人的多个平行反应模型Solomon等的预报挥发分析出速率及其产物