煤焦表面加壓多組分擴散控制反應機制的研究

《煤焦表面加壓多組分擴散控制反應機制的研究》是依託華中科技大學，由傅培舫擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：煤焦表面加壓多組分擴散控制反應機制的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：傅培舫
• 依託單位：華中科技大學

項目摘要

在濕空氣和富氧條件下,燃煤電站鍋爐、工業爐和高壓煤氣化爐中，煤焦高溫燃燒氣化，不同於化學動力學階段，固相反應以CO生成為主的多組分反應，化學動力學過程耦合了較強的擴散控制過程，動力學模型和顆粒邊界層的速度場、溫度場和濃度場信息一直是研究的難點。採用不同煤階的煤焦顆粒，在凍結和非凍結氣相反應條件下，壓力0.1-4MPa，終溫 1800K，不同濃度比的O2、CO2和H2O混合氣，以載流煤粉顆粒相對速度流過二維煤焦圓柱棒或平板，研究煤焦表面邊界層、CO/CO2比、附著和離析火焰的生成規律，反應速率突躍條件及主要特徵參數（反應速率、反應時間和轉化率）的預測模型。藉助數值實驗和物理試驗相結合的方法，獲得單因素和多因素的作用機制，以檢驗預測模型的正確性。揭示高溫高壓多組分流動條件下煤焦燃燒氣化的耦合規律及轉變溫度；建立對應條件下的特徵參數計算模型；為煤的燃燒氣化設計、預測與控制奠定理

結題摘要

固體燃料在常壓和加壓下動力學控制區的本徵反應機制、擴散控制區的質量傳遞規律對加壓煤氣化、艦船稠油加壓燃燒和火驅稠油開採具有重要的理論和套用價值。 研究項目揭示了煤、焦在空氣、O2/ CO2和O2/H2O氣氛下動力學控制區煤的官能團能量態與反應機理；建立了本徵反應動力學模型；基於本徵動力學模型、能量守恆和Semenov TET 著火理論，提出了利用熱流法得到動力學控制區的煤粉著火溫度的方法，得到了加壓和常壓下的著火規律；並能更準確預測載流煤粉著火溫度。通過雷射橫向大剪下干涉法測定了燃燒反應中擴散控制區各主要二元組分對的擴散係數。CO2-O2 加壓水平擴散實驗，靠近擴散室下壁面處，CO2 濃度分布、層流邊界層及流場的分布呈拋物型，流動的等勢線與等濃度線重合，壁面對CO2 氣體附壁層流的剪下效應明顯。同樣地，在靠近上壁面O2勢流線和濃度場分布也呈拋物型。隨著過程的繼續， CO2 沿底部向前層流運動並發生分子擴散，其過程可以用二維層流擴散運動方程描述。CH4-O2 加壓垂直擴散過程是在震盪中進行的，這說明分子的自重對分子擴散過程的影響很大；擴散進行較長時間之後，擴散方向大體為一維縱向，水平方向濃度分布相對均勻。 研究表明，常壓下化學動力區、化學-擴散區、擴散控制區的臨界溫度分別為1360K 和1600K，而在加壓工況下，臨界溫度分別為1200K 和1400K，壓力促進了擴散控制機制的提前形成。