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作者：吕雷生华中科技大学

学位级别：硕士

矿物燃料燃烧排放的CO2引起的全球气候变暖问题在逐渐威胁着人类的生存环境，进行CO2的减排工作迫在眉睫。Oxy-steam燃烧作为一种新型的燃烧方式，能够克服现有的以O2/CO2为代表的Oxy-fuel燃烧方式存在的问题，受到研究学者的广泛关注... 详细信息

矿物燃料燃烧排放的CO2引起的全球气候变暖问题在逐渐威胁着人类的生存环境，进行CO2的减排工作迫在眉睫。Oxy-steam燃烧作为一种新型的燃烧方式，能够克服现有的以O2/CO2为代表的Oxy-fuel燃烧方式存在的问题，受到研究学者的广泛关注。本文主要运用数值模拟和实验方法，研究了单颗粒煤焦在O2/H2O和O2/CO2气氛下的燃烧特性。对单颗粒煤焦在O2/H2O及O2/CO2静止气氛的稳态燃烧的模拟发现，煤焦燃烧后产生的CO含量随着氧气浓度的增加而增加。在O2/H2O气氛下发现H2含量在氧浓度为0.3时最大，颗粒表面的H2随氧浓度继续增加而降低，气相中的H2最大含量则变化不大。当气体温度增加时，煤焦燃烧产生的CO、H2含量呈下降趋势，相反CO2含量和温度则呈上升趋势。但在O2/H2O气氛下，温度为1273K和1373K的区间内，煤焦燃烧产生的CO和H2含量变化不大，焦炭的质量损耗率也在增加。使用同步热分析仪对煤焦在O2/H2O、O2/N2和O2/CO2气氛下的着火实验，发现氧气浓度增加后加快了煤焦的着火和燃烧进程。对比实验和模拟得到的结果发现，O2/H2O气氛下煤焦的失重率最大，O2/N2气氛下居中，O2/CO2气氛下最小。对单颗粒煤焦在O2/H2O、O2/N2和O2/CO2气氛下着火的非稳态过程模拟发现，增加氧气浓度，加快了化学反应速率，更易于着火。同时，颗粒表面的CO、CO2和H2的含量都相应提高。当氧气浓度相同时，焦炭在O2/H2O气氛下的质量消耗率比O2/CO2和O2/N2气氛下高。

关键词： Oxy-steam燃烧 Oxy-fuel燃烧单颗粒煤焦燃烧特性

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O_2/N_2高温气氛下单颗粒煤焦反应行为特性数值模拟

引用

中国电机工程学报 2017年第20期37卷 5987-5994页

作者：薛志村郭庆华龚岩于广锁煤气化及能源化工教育部重点实验室(华东理工大学) 上海市徐汇区200237

为探究煤焦颗粒反应行为特性,对高温O_2/N_2气氛中运动的单颗粒煤焦进行数值模拟研究。采用规则球形、不规则球形和多孔球形3种单颗粒煤焦结构模型耦合单颗粒煤焦反应模型,研究环境温度和O_2浓度对温度分布、组分分布和反应速率的影响... 详细信息

为探究煤焦颗粒反应行为特性,对高温O_2/N_2气氛中运动的单颗粒煤焦进行数值模拟研究。采用规则球形、不规则球形和多孔球形3种单颗粒煤焦结构模型耦合单颗粒煤焦反应模型,研究环境温度和O_2浓度对温度分布、组分分布和反应速率的影响。模拟结果与实验研究结果基本吻合,表明模型能有效描述单颗粒煤焦反应特性。结果表明,当环境温度升高,火焰层高温区域扩张但不发生迁移,碳消耗速率增大,颗粒内部CO_2摩尔分率降低,CO摩尔分率升高;当O_2浓度升高,火焰层高温区域扩张并向颗粒下方迁移,碳消耗速率近似线性增大,颗粒内部CO_2、CO摩尔分率均升高。

关键词： O2/N2高温气氛单颗粒煤焦行为特性结构模型数值模拟传热传质

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