煤粉高溫懸浮燃燒動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)處理.pdf

1、目前主要采用熱重天平對煤粉燃燒進(jìn)行研究，雖然熱天平法具有測量準(zhǔn)確、可重復(fù)性好、操作簡單、數(shù)據(jù)處理方便等優(yōu)點(diǎn)，但在反應(yīng)器內(nèi)物料是處于堆積狀態(tài)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果與生產(chǎn)中常用的粉體有很大差距，特別是進(jìn)行煤粉燃燒動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，煤粉和氧氣的接觸方式與實(shí)際情況相比差異更大。實(shí)際工業(yè)煤粉燃燒時(shí)物料是處于懸浮狀態(tài)而不是堆積狀態(tài)，人們對懸浮態(tài)煤粉燃燒的動(dòng)力學(xué)研究相對較少。所以，對懸浮態(tài)煤粉燃燒的動(dòng)力學(xué)分析具有重要的意義。
　　 對氣固反應(yīng)的基本模型、煤

2、粉燃燒動(dòng)力學(xué)的研究手段、方法以及常用動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)處理方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展等的總結(jié)分析可以發(fā)現(xiàn)：如何根據(jù)實(shí)際狀況建立合適的動(dòng)力學(xué)模型仍然是當(dāng)前面臨的主要問題?；诖耍疚牟捎美碚摲治?、實(shí)驗(yàn)與Matlab編程計(jì)算等相結(jié)合的方法對高溫懸浮態(tài)煤粉燃燒的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)處理過程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要從以下幾個(gè)方面開展研究工作：①煤粉高溫懸浮態(tài)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本分析，包括煤粉燃燒反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率與溫度及氧氣濃度的關(guān)系；②煤粉燃燒動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù)的確定；

3、③動(dòng)力學(xué)方程的建立、模型驗(yàn)證及數(shù)據(jù)處理結(jié)果的可靠性分析；④動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析的界面可視化研究。
　　 結(jié)合煤粉高溫懸浮燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)等溫動(dòng)力學(xué)積分法原理，采用模式配合法和Sharp法對各種煤粉在不同溫度下燃燒的控制機(jī)理進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明：對于無煙煤的燃燒，采用Sharp法分析煤粉燃燒的動(dòng)力學(xué)機(jī)理函數(shù)時(shí)，分析結(jié)果與模式配合法所得結(jié)果基本一致，均為化學(xué)反應(yīng)控制，而對煙煤的燃燒則會出現(xiàn)較大的誤差，結(jié)合煙煤燃燒的實(shí)際過程，認(rèn)為模式

4、配合法更適合煤粉燃燒過程的分析求解，確定燃燒控制機(jī)理。
　　 從模式配合法的分析結(jié)果可知：在不同溫度條件下，高溫懸浮態(tài)實(shí)驗(yàn)臺中的無煙煤燃燒主要受化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力控制，不同煤樣的機(jī)理函數(shù)稍有差異；煙煤的燃燒主要受擴(kuò)散控制，表現(xiàn)為三維擴(kuò)散的反Jander或Z-L-T方程。以Arrhenius定律為理論依據(jù)，對不同煤樣的表觀活化能和指前因子進(jìn)行了求解，分析了表觀活化能和揮發(fā)分及燃燒反應(yīng)溫度的關(guān)系。
　　 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，確

5、定了不同煤樣在900℃不同氧氣濃度(21％、17％、12％和7％)條件下的燃燒控制機(jī)理，隨著氧氣濃度的增加，煤粉燃燒的控制因素由擴(kuò)散向化學(xué)反應(yīng)控制過渡，同時(shí)分析了氧氣濃度對煤粉燃燒過程的影響并計(jì)算了氧分壓反應(yīng)級數(shù)。氧分壓反應(yīng)級數(shù)n在0～1之間，不同煤種的n值有所不同，因此在高溫懸浮實(shí)驗(yàn)臺中進(jìn)行煤粉燃燒時(shí)，要考慮通入適量濃度的氧氣。
　　 為了檢驗(yàn)所求得的動(dòng)力學(xué)參數(shù)及所建立的動(dòng)力學(xué)方程的可靠性，將不同溫度、不同氧氣濃度的實(shí)驗(yàn)值和模

6、型擬合曲線進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，在有效實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析區(qū)間內(nèi)，不同煤樣的等溫模型擬合值和實(shí)驗(yàn)曲線相關(guān)性較好(大部分時(shí)間內(nèi)的誤差不大于10％)，尤其是在煤粉燃燒反應(yīng)后期誤差非常小，不同氧氣濃度模型擬合曲線與實(shí)驗(yàn)曲線的誤差大約為12％。從而說明，基于高溫懸浮態(tài)實(shí)驗(yàn)所建立的動(dòng)力學(xué)方程是可行的，能夠用來預(yù)測煤粉燃燒的動(dòng)力學(xué)特性。
　　 為了使復(fù)雜的煤粉燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)求解過程操作方便、清晰明了，在本文最后，采用VB和Matlab混合編程，編制