傳統(tǒng)隨機(jī)孔模型基于簡單一步反應(yīng)建立,不適用于處理O₂/CO₂氣氛下焦炭顆粒復(fù)雜氣固反應(yīng)。針對此問題,基于焦炭本身具有多種碳基的特點,以及焦炭顆粒在O₂/CO₂氣氛下燃燒的特性,建立復(fù)雜氣固反應(yīng)下的多種碳基隨機(jī)孔模型和孔隙結(jié)構(gòu)模型。模擬直徑為100μm的焦炭顆粒在O₂/CO₂氣氛下燃燒的過程,使用FORTRAN語言自主編程計算并分析結(jié)果。研究表明,燃燒初期顆粒呈現(xiàn)競爭效應(yīng),孔隙內(nèi)部氣體濃度產(chǎn)生劇烈波動。波動的生成原因是化學(xué)反應(yīng)與物理擴(kuò)散之間的競爭,可以通過增加環(huán)境氧濃度和減小焦炭顆粒粒徑來改善。所提出的多種碳基隨機(jī)孔模型對于表征O₂/CO₂氣氛下焦炭顆粒的燃燒特性有著良好的適應(yīng)性。 

【文章來源】：化工學(xué)報. 2016,67(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

焦炭顆粒物理模型

ひ搗治鲇朐?胤治?Table3ResultsofproximateanalysisandultimateanalysisofcoalcokeComponentModelparameterBituminouscoal(PSOC-1451)Lignitecoal(DECS-11)proximateanalysis(uponre-evaluatingmoisture)moisture/%4.312.533.4(13.2)volatilematter/%16.9533.637.4(48.6)fixedcarbon/%68.9550.622.9ash/%9.79813.36.4(8.4)ultimateanalysiscarbon/%88.0171.966.2hydrogen/%3.084.74.0oxygen/%0.866.918.6nitrogen/%1.411.40.9sulfur/%0.481.40.7heatingvaluedry/kJ·kg1281193150025700圖2焦炭顆粒的燃盡時間實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果比較Fig.2Burnouttimeofcharbetweenexperimentalresultandcalculation

龐詿?乘婊?啄Ｐ停?但是并沒有針對O2/CO2氣氛進(jìn)行調(diào)整，因此在低O2濃度時吻合度仍然較差。多種碳基隨機(jī)孔模型在Everson等[28]提出的修正隨機(jī)孔模型的基礎(chǔ)上，采用9步反應(yīng)表征焦炭顆粒的燃燒情況，將氣體反應(yīng)速率與固體反應(yīng)速率分離，在考慮O2濃度的同時也考慮了環(huán)境中CO2濃度對煤焦顆粒燃燒所產(chǎn)生的影響，因此在高O2濃度和低O2濃度的條件下都能和實驗數(shù)據(jù)較好吻合，實驗驗證證明了氣固反應(yīng)隨機(jī)孔模型較傳統(tǒng)隨機(jī)孔模型有著更好的適應(yīng)性。4結(jié)果分析4.1焦炭顆粒內(nèi)部氣體傳輸特性圖3(a)、(b)、(c)分別為O2、CO2和CO3種氣體濃度隨燃燒時間的變化曲線。從圖中可以看出，焦炭顆粒燃燒初始，內(nèi)部氣體的濃度極不穩(wěn)定，存在一個短暫的振幅為10%～40%的波動。這是因為焦炭顆粒處在動力擴(kuò)散控制區(qū)，化學(xué)反應(yīng)的生成與消耗，物理傳輸?shù)倪M(jìn)入與導(dǎo)出都影響了孔隙內(nèi)部氣體濃度的變化，呈現(xiàn)出競爭的效應(yīng)。CO2和CO的波動持續(xù)時間更長，持續(xù)了20ms左右，是因為二者在化學(xué)反應(yīng)中既是反應(yīng)氣體又是生成氣體，所產(chǎn)生競爭效應(yīng)也更為復(fù)雜。從顆粒核心、中間區(qū)域及外表面的濃度曲線可以看出，顆粒內(nèi)部沿半徑方向存在濃度差，這是由于顆粒多孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的。4.2焦炭顆粒的轉(zhuǎn)化特性圖4(a)為焦炭顆粒整體的轉(zhuǎn)化率隨燃燒時間的變化曲線，圖4(b)為焦炭顆粒不同徑向長度的轉(zhuǎn)化速率隨焦炭整體轉(zhuǎn)化率的變化曲線，圖4(c)為碳基CHARH，CHARC和CHARG3種不同形式碳基轉(zhuǎn)化率隨燃燒時間的變化曲線，圖4(d)為碳基CHARH，CHARC和CHARG3種不同形式碳基轉(zhuǎn)化速率隨焦炭整體轉(zhuǎn)化率的變化曲線。結(jié)合圖4(a)、(b)可以看出，焦炭顆粒燃燒過程中有一個明顯的由外向內(nèi)的轉(zhuǎn)化趨勢，最外層碳基最先轉(zhuǎn)化，?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3244742