层燃过程化学动力学模型及实验研究

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1、层燃过程化学动力学模型及实验研究摘要作者在前人以及当今学者研究的基础上，考虑到煤的热解过程、炭的燃烧过程、氧的分子扩散以及对流传质过程，提出了层燃过程动力学综合模型认为煤的热解过程，在总体上是一个”级反应，且符合阿累尼学反应规律:炭的燃烧过程分为动力燃烧与扩散燃烧两大环节，在两者的交替处还存在着过渡区。动力燃烧出现在温度较低的情况下，影响燃烧速率的主要因素为温度，在总体上可由阿累尼乌斯关乒声f系式来表出。扩散燃烧存在于温度较高的情况下，影响燃烧速率的主要谧t因素为固体炭粒表面氧气的浓度。而炭粒表面的氧气浓度又由两个环节决定:

2、其一为炉排下冷风中的氧经对流传质，到达固体灰壳表面;其二为灰壳表面的氧经分子扩散，到达固体灰壳底层，即固体炭粒表面。在过渡区内，炭粒的温度与表面的氧气浓度均对燃烧速率有重要的影响。该模型还认为层燃过程是由热解过程与燃烧过程并联而成的，这两个过程是平行交叉进行的。燃烧过程是由动力燃烧扩散与对流传质过程串联而成的，这三个过程是相互制约的。作完全等同于工业燃烧的层燃热态实验数据，利用最小二乘法，通过求解正规方程组，得出了模型中的化学动力学参数，并且对所建模型加以实验验证，从而得出在热分析仪器上实验所得到的燃料的化学动力学参数(表观

3、活化能、频率因子及反应级数)与在工业层燃实验台上实验所得到的相应参数基本一致的结论。恤而使设计者们可以利用该模型方程，采用热天平上所得到的尸丫煤的化学动力学参数以及煤层中的温度分布，来计算层燃炉中不同深率处的燃尽率，指导炉排长度、宽度、煤层厚度及炉排速度的工业设计。t-关键词:热解、燃烧、化学动力学AChemicalKineticModelandExperimentalStudyforCoalCombustionontheStoker户ABSTRACTBasedontheresearchresultsofinvestigat

4、ors,acomprehensivechemicalkineticmodelthatthepyrolysisofcoal,thecombustionofchar,moleculedifusionandconvectivemasstransferhasbeenconsideredisproposedinthisthesis.Inthismodel,thepyrolysisofcoalcanbeconsideredasann-gradereactioningeneral,anddescribedbyArrheniusLaw.Th

5、erearetwomainareasinthecombustionofcharandatransitionareabetweenthesetwomainareas.Oneiskineticcombustion.Anotherisdiffusioncombustion.Thekineticcombustionusuallyexistsatlowertemperaturecase.Thereactionratedependsoncoaltemperature.ThisreactionalsocanbedescribedbyArr

6、heniusLaw.Andthediffusioncombustionusuallyexistsathighertemperaturecondition.Thereactionratedependsontheconcentrationofoxygenoncharsurface.Theconcentrationofoxygenoncharsurfaceisdividedintotwoprocesses.Oneistheconvectivemasstransfer.Theoxygeninairisforcedfromtheair

7、chambertothesurfaceofash.Anotherismoleculedifusion.Theoxygendiffusesthroughtheashshelltothesurfaceofchar.Inthetransitionarea,thetemperatureofcoalandtheconcentrationofoxygenoncharsurfacebothareimportanttoreactionrateofchar.Inthismodel,itissupposedthatthetworeactions

8、,thepyrolysisofcoalandthecombustionofchar,takeplaceparallelly.Andthesethreeprocesses,kineticcombustion,convectivemasstransferandmoleculediffusion