基于微观结构的高温熔融渣层导热特性

作     者：潘翔峰 邓慧 王倩 吴伟雄 PAN Xiangfeng;DENG Hui;WANG Qian;WU Weixiong

作者机构：暨南大学能源电力研究中心广东珠海519070 吉林电力股份有限公司白城发电公司吉林白城137000 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2022年第47卷第4期

页      面：1669-1678页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52106244)。 

主　　题：导热系数 灰渣微观结构 煤气化 分子动力学模拟 瞬态热丝法 

摘      要：气流床气化技术是大型高效煤气化技术发展的主流方向,主要采用液态排渣工艺。在液态排渣过程中,煤中灰分在高温下在炉内壁面形成液态熔融渣层。渣层的导热系数是影响熔融渣层的厚度分布和传热特性的重要热物性参数,进而影响煤气化炉的稳定运行。采用(CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-MgO-Fe_(2)O_(3))5种氧化物组分模拟煤灰渣,搭建瞬态热丝实验台测量高温熔渣导热系数,结合分子动力学模拟方法构建熔渣微观结构,探究高温下五元熔渣微观结构及其导热特性。在研究温度范围内,导热系数的测量结果和模拟结果有较好的一致性,所有渣样呈现出相同的变化趋势,即随着温度的升高,导热系数逐渐降低。在确定组分下,高温熔渣导热系数的对数与温度倒数呈线性关系。构建了硅铝质量比在2.43左右时,导热系数与温度和硅铝和之间的经验公式,并在实际煤灰上进行了验证,预测值误差基本在18%以内,且能较好的预测灰渣导热系数的变化趋势。结合熔渣微观结构研究发现,温度升高会促进熔渣无序性增强,减弱原子间结合力,增大原子间距;同时会造成桥氧降低,非桥氧增加,加强四面体结构的非简谐性,这是导致导热系数随温度升高先急剧下降后趋于平缓的主要原因。