《O2/CO2燃燒方式下煤粉顆粒快速燃燒機理研究》是依託華中科技大學，由向軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：O2/CO2燃燒方式下煤粉顆粒快速燃燒機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：向軍
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在實驗室新搭建的煤粉快速燃燒熱失重紅外聯用實驗台上完成三種典型煤種煤粉顆粒常規空氣燃燒及O2/CO2燃燒方式下的快速燃燒實驗：採用固體高解析度核磁共振並結合X射線衍射儀測定不同燃燒階段煤/煤焦表面化學官能團結構及分布規律，藉助原位紅外定量分析煤粉顆粒表面暫態反應中間產物，實現煤粉顆粒表面化學結構的簇/基團表征，重點揭示O2/N2氣氛和O2/CO2氣氛下煤/煤焦顆粒表面有機官能團不同瞬態分布特徵，有效闡釋O2/CO2燃燒方式下界面微觀反應的本質；利用掃描電鏡、等溫氣體吸附/脫附、核磁共振三維成像方法精確測定煤/煤焦孔分布、孔徑及孔喉狀態分布等參數，實現煤粉顆粒內外表面定量物理表征；利用高精度紅外線上分析儀或氣相色譜/離子色譜獲得氣相組分在不同燃燒階段定量數據。綜合上述信息建立煤/煤焦顆粒表面物理化學結構參數與燃燒反應產物關聯模型，深刻理解O2/CO2燃燒方式不同於空氣燃燒的本質機理。
結題摘要
煤資源作為我國能源消費主要支柱的局面長期存在。煤炭的不可再生性以及利用過程中產生的諸多環境問題，嚴重製約了人類的可持續發展，也逐漸受到全世界的廣泛關注。煤的利用帶來的污染是我國大氣污染的主要來源，因而提高我國煤炭利用效率、減少煤炭利用帶來的環境污染是我們急待解決的問題，本文以中國三種典型煤種無煙煤、煙煤和褐煤為研究對象，對煤在空氣和O2/CO2氣氛下熱解和燃燒機理及模型進行了詳細研究，對於加深認識煤熱解、燃燒過程具有重要的意義。 開展了煤熱解實驗研究，對煤熱解過程中氣體產物析出特性的實時線上分析，利用Weibull分布函式的特點和階梯函式的性質，建立了簡化的DAEM模型，並對該模型進行修正。研究結果表明，升溫速率、溫度和煤種是影響煤熱分解氣體產物的釋放特性的主要因素。熱解溫度越高，CO2、CO和CH4的最大釋放量越大，達到最大釋放速量時所需的時間越短。與煙煤和褐煤熱解時CO2和CO的最大釋放量相比，CH4的最大釋放量相對較小，而無煙煤熱解時CH4的最大釋放量相對較大，並且H2和CH4的釋放發生在較高溫度段。通過這兩個模型，對煤熱解過程中氣體產物的析出特性的預測結果比較發現，這兩個模型都能較好的預測實驗結果，但修正的DAEM模型預測值與實驗值更接近。 對典型煤種O2/CO2燃燒特性進行研究，利用分形理論描述顆粒內部孔隙結構，並對隨機孔模型中固定的結構參數進行修正，然後建立了分形隨機孔模型（FRPM）。研究結果表明，典型煤種在低溫條件下O2/CO2燃燒過程中，在反應起始階段分形維數變化很小，而後階段分形維數急劇減少。另外，熱解終溫對焦結構的影響是不可忽略的，這主要是由於孔隙結構的變化主要受揮發分析出和焦受熱變形的影響。在煤焦燃燒過程中的變化可分為2個階段：在(X=0~0.7)階段，Ψ基本上保持不變，且起始階段(X=0~0.3)，Ψ略微減少，這主要由於在反應起始階段大量新孔的產生和微孔的擴容使反應面積明顯增加而造成；在後階段(X=0.7~1)，Ψ急劇上升，這主要是由於在後階段孔坍塌造成反應面積的急劇減少。通過5種不同隨機孔模型，對典型煤焦燃燒過程進行預測的結果比較發現，FRPM和Struis模型在整個反應階段均能得到較好的預測結果，而前者更精確。
