基于CPD模型数据的煤粉单步热解模型

基于化学逾渗脱挥发分(CPD)煤热解模型数据,以单步热解模型为基础建立了煤热解新单步模型.新模型的特点是指前因子与活化能随煤粉颗粒升温速率的变化而变化,而不再是常数;实际挥发分析出量同样与升温速率和热解温度相关联.利用实验数据对新模型进行了验证,并离线计算、比较了新模型与现有单步模型的计算结果.在此基础上,通过编写UDF将新模型添加到商业CFD计算软件Fluent平台上,利用新模型对煤热解实验结果进行了模拟与对比.结果表明,与Fluent默认单步模型相比,模拟得到的挥发分析出量及热解速率与实验结果更接近.

油页岩化学结构CPD模型的改进

基于综合热分析仪和傅里叶红外联用技术(TGFTIR),通过引入轻质气体组分官能团模型,改进油页岩化学结构的化学渗透脱挥发分(CPD)模型,实现其对油页岩热解中轻质气体组分析出过程的精确预测。通过TG-FTIR对甘肃窑街油页岩的热解特性进行研究,利用非线性最小二乘法求解轻质气体各组分的动力学参数,预测出其在加热速率为20℃/min的条件下的轻质气体各组分的析出过程。用CPD模型与改进后CPD模型模拟出20℃/min窑街油页岩的热解过程,对比其实际热解过程分析模型的可行性与合理性,再用后验差检验法分析结果的误差。结果表明:油页岩的脱挥发分过程主要分为3个阶段,300-600℃为主要热解阶段,3个阶段的失重率约为5%、16%、6%;各轻质气体析出的活化能E分布在188~249k J/mol之间,而指前因子A在109~1013s-1之间;改进后CPD模型的预测值与实验值相对误差较小,契合度较高,说明改进后CPD模型能够较精确对油页岩热解过程进行预测与模拟。

基于CPD模型的低阶煤催化解聚过程模拟分析

低阶煤催化解聚过程定量分析和放大需要合理描述该过程的宏观动力学模型,使用化学渗透脱挥发分(CPD)模型结合陕西长焰煤的催化解聚实验,对低阶煤催化解聚过程进行了定量分析。综合对催化剂作用机理的认识,结合催化解聚实验结果确定相应表观动力学参数,所得模拟结果与实验结果趋势一致、吻合良好,其较好地体现了不同热解过程差异,低温下催化解聚产物释放量较少,温度升高后产物量才会高于原煤热解。模型中催化剂对焦油产率的影响体现在复合速率常数、交联反应活化能上,随两者增大,焦油产率均增加;Fe基催化剂有助于促进侧链断裂,提高气体产率,Zn基催化剂可抑制交联反应,但交联反应活化能较大时,受热解温度限制,焦油量增加变缓。

油页岩化学结构的化学渗透脱挥发分模型

采用核磁共振碳谱(nuclear magnetic resonance spectra,1 3C-N M R)以及综合热分析仪和傅里叶红外联用技术(thermogravimetric-Fourier transform infrared spectroscopy,TG-FTIR)等手段,通过热解实验研究油页岩化学结构特性,建立适用于油页岩化学结构的化学渗透脱挥发分(chemical percolation for devolatilization,CPD)模型。该文通过13C-NMR对油页岩化学结构进行研究,得到CPD模型的4个输入参数。核磁共振分析表明,区别于煤的化学结构,芳碳含量在油页岩化学结构中所占比例相对较低,窑街样品中芳碳含量为50%,而在兴安盟样品中的含量仅为35%。利用TG-FTIR等手段通过C-R法求得桥键断裂的动力学参数,以窑街和兴安盟油页岩为样品,预测其在加热速率为50℃/min条件下的挥发分曲线。通过后验差法检验模型的预测误差,结果表明预测精度较高,验证了模型预测的合理性。

燃尽风对超超临界锅炉燃烧特性影响的数值模拟

对一台1000MW超超临界前后墙旋流对冲燃烧煤粉锅炉进行数值模拟,研究了燃尽风比例对燃烧、NOx排放及传热特性的影响.采用化学渗透脱挥发分模型替代经验方法,预测煤粉挥发分析出过程中氮的释放量以及挥发分氮转化为HCN与NH3的比例.模拟结果与试验测量值符合较好,随着燃尽风比例增加,飞灰含碳量增加,煤粉燃尽率降低,NOx排放量(浓度)下降;但下炉膛出口烟气温度增加,导致大屏过热器挂渣倾向增加,较优的燃尽风比例为25.7%.