O 2 /CO 2 气氛下多种碳基随机孔模型的建立
发布时间：2021-06-23 10:06
传统随机孔模型基于简单一步反应建立,不适用于处理O2/CO2气氛下焦炭颗粒复杂气固反应。针对此问题,基于焦炭本身具有多种碳基的特点,以及焦炭颗粒在O2/CO2气氛下燃烧的特性,建立复杂气固反应下的多种碳基随机孔模型和孔隙结构模型。模拟直径为100μm的焦炭颗粒在O2/CO2气氛下燃烧的过程,使用FORTRAN语言自主编程计算并分析结果。研究表明,燃烧初期颗粒呈现竞争效应,孔隙内部气体浓度产生剧烈波动。波动的生成原因是化学反应与物理扩散之间的竞争,可以通过增加环境氧浓度和减小焦炭颗粒粒径来改善。所提出的多种碳基随机孔模型对于表征O2/CO2气氛下焦炭颗粒的燃烧特性有着良好的适应性。
【文章来源】：化工学报. 2016,67(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
焦炭颗粒物理模型
ひ捣治鲇朐?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图2焦炭颗粒的燃尽时间实验结果与数值模拟结果比较Fig.2Burnouttimeofcharbetweenexperimentalresultandcalculation
庞诖?乘婊?啄Ｐ停?但是并没有针对O2/CO2气氛进行调整，因此在低O2浓度时吻合度仍然较差。多种碳基随机孔模型在Everson等[28]提出的修正随机孔模型的基础上，采用9步反应表征焦炭颗粒的燃烧情况，将气体反应速率与固体反应速率分离，在考虑O2浓度的同时也考虑了环境中CO2浓度对煤焦颗粒燃烧所产生的影响，因此在高O2浓度和低O2浓度的条件下都能和实验数据较好吻合，实验验证证明了气固反应随机孔模型较传统随机孔模型有着更好的适应性。4结果分析4.1焦炭颗粒内部气体传输特性图3(a)、(b)、(c)分别为O2、CO2和CO3种气体浓度随燃烧时间的变化曲线。从图中可以看出，焦炭颗粒燃烧初始，内部气体的浓度极不稳定，存在一个短暂的振幅为10%～40%的波动。这是因为焦炭颗粒处在动力扩散控制区，化学反应的生成与消耗，物理传输的进入与导出都影响了孔隙内部气体浓度的变化，呈现出竞争的效应。CO2和CO的波动持续时间更长，持续了20ms左右，是因为二者在化学反应中既是反应气体又是生成气体，所产生竞争效应也更为复杂。从颗粒核心、中间区域及外表面的浓度曲线可以看出，颗粒内部沿半径方向存在浓度差，这是由于颗粒多孔结构导致的。4.2焦炭颗粒的转化特性图4(a)为焦炭颗粒整体的转化率随燃烧时间的变化曲线，图4(b)为焦炭颗粒不同径向长度的转化速率随焦炭整体转化率的变化曲线，图4(c)为碳基CHARH，CHARC和CHARG3种不同形式碳基转化率随燃烧时间的变化曲线，图4(d)为碳基CHARH，CHARC和CHARG3种不同形式碳基转化速率随焦炭整体转化率的变化曲线。结合图4(a)、(b)可以看出，焦炭颗粒燃烧过程中有一个明显的由外向内的转化趋势，最外层碳基最先转化，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]富氧燃烧方式下煤中砷的挥发行为[J]. 刘慧敏,王春波,黄星智,张月,孙鑫. 化工学报. 2015(12)
[2]褐铁矿颗粒低温CO磁化还原焙烧的实验研究与数值模拟[J]. 代涛,龚志军,李保卫,武文斐. 过程工程学报. 2014(04)
[3]焦炭颗粒在不同控制区域中的燃烧特性[J]. 陈明磊,李保卫,武文斐. 过程工程学报. 2014(02)
[4]富氧条件下煤粉气流的着火性能变化[J]. 刘国伟,董芃,别如山. 化工学报. 2013(07)
[5]0.15MW循环流化床富氧燃烧试验研究[J]. 段翠九,谭力,赵科,吕清刚. 中国电机工程学报. 2012(S1)
本文编号：3244742
【文章来源】：化工学报. 2016,67(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
焦炭颗粒物理模型
ひ捣治鲇朐?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图2焦炭颗粒的燃尽时间实验结果与数值模拟结果比较Fig.2Burnouttimeofcharbetweenexperimentalresultandcalculation
庞诖?乘婊?啄Ｐ停?但是并没有针对O2/CO2气氛进行调整，因此在低O2浓度时吻合度仍然较差。多种碳基随机孔模型在Everson等[28]提出的修正随机孔模型的基础上，采用9步反应表征焦炭颗粒的燃烧情况，将气体反应速率与固体反应速率分离，在考虑O2浓度的同时也考虑了环境中CO2浓度对煤焦颗粒燃烧所产生的影响，因此在高O2浓度和低O2浓度的条件下都能和实验数据较好吻合，实验验证证明了气固反应随机孔模型较传统随机孔模型有着更好的适应性。4结果分析4.1焦炭颗粒内部气体传输特性图3(a)、(b)、(c)分别为O2、CO2和CO3种气体浓度随燃烧时间的变化曲线。从图中可以看出，焦炭颗粒燃烧初始，内部气体的浓度极不稳定，存在一个短暂的振幅为10%～40%的波动。这是因为焦炭颗粒处在动力扩散控制区，化学反应的生成与消耗，物理传输的进入与导出都影响了孔隙内部气体浓度的变化，呈现出竞争的效应。CO2和CO的波动持续时间更长，持续了20ms左右，是因为二者在化学反应中既是反应气体又是生成气体，所产生竞争效应也更为复杂。从颗粒核心、中间区域及外表面的浓度曲线可以看出，颗粒内部沿半径方向存在浓度差，这是由于颗粒多孔结构导致的。4.2焦炭颗粒的转化特性图4(a)为焦炭颗粒整体的转化率随燃烧时间的变化曲线，图4(b)为焦炭颗粒不同径向长度的转化速率随焦炭整体转化率的变化曲线，图4(c)为碳基CHARH，CHARC和CHARG3种不同形式碳基转化率随燃烧时间的变化曲线，图4(d)为碳基CHARH，CHARC和CHARG3种不同形式碳基转化速率随焦炭整体转化率的变化曲线。结合图4(a)、(b)可以看出，焦炭颗粒燃烧过程中有一个明显的由外向内的转化趋势，最外层碳基最先转化，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]富氧燃烧方式下煤中砷的挥发行为[J]. 刘慧敏,王春波,黄星智,张月,孙鑫. 化工学报. 2015(12)
[2]褐铁矿颗粒低温CO磁化还原焙烧的实验研究与数值模拟[J]. 代涛,龚志军,李保卫,武文斐. 过程工程学报. 2014(04)
[3]焦炭颗粒在不同控制区域中的燃烧特性[J]. 陈明磊,李保卫,武文斐. 过程工程学报. 2014(02)
[4]富氧条件下煤粉气流的着火性能变化[J]. 刘国伟,董芃,别如山. 化工学报. 2013(07)
[5]0.15MW循环流化床富氧燃烧试验研究[J]. 段翠九,谭力,赵科,吕清刚. 中国电机工程学报. 2012(S1)
本文编号：3244742
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3244742.html
