单颗粒煤粉热解过程中的破碎模型.pdfVIP

第 39卷 第 2期 煤 炭 转 化 Vo1．39 No．2 2016年 2月 C0ALCONVERS10N Apt．2O16 单颗粒煤粉热解过程中的破碎模型 金 光 张昕悦。’ 王俊峰 ’ 武文斐 摘 要 以单颗粒煤粉燃烧破碎模型为基础 ，提 出了以破碎比率概念来表征破碎程度 ，并以同 心 圆方式划分网格 ，由外向内依次按 圆环形式模拟热解一次破碎过程．研 究发现 ：煤颗粒粒径是影 响煤颗粒破碎最重要的影响因素，粒径越小，反应的比表面积越大，相 同膨胀应力产生的压强越大， 破碎效果越明显 ；挥发分含量越高，热解析 出过程 中产生的膨胀应力越大，同时，气态的挥发分与固 态的煤焦壁脱离产生更大的孔隙率 ，进一步降低 了煤颗粒本身的屈服强度 ，破碎更容 易产生；燃烧 温度升高，起始阶段温度梯度增大，挥发分析 出速度越快，膨胀应力越大 ，从而使破碎发生． 关键词 单颗粒煤粉 ，热解，破碎模型，破碎比率 中图分类号 TQ530．2，TQ018 0 引 言 温度传递减缓 ，产生更大的温度梯度 ，造成热应力增 大；另一方面，由于煤颗粒本身存在一定的空隙，可 煤粉在燃烧过程 中会发生复杂的物理变化 ，如 以看做孔隙率较低 的多孔介质材料．当热应力作用 内部孔隙结构的变化和 比表面积的变化等，最终完 于煤颗粒时，最先发生结构破坏的就是孔隙率较大 成碳的燃烧发生破碎 ，这一系列变化过程很难进行 的部位 ，即机械强度较低处．_4当热应力超过煤颗粒 热态过程的直接观察 ，现在的研究基本都 以实验为 本身材料屈服强度 的时候 ，会 以原先存在的孔 隙为 主，热态实验中较难对煤颗粒燃烧的全过程进行研 基础产生裂纹． 究，基本都是从燃烧产物反推燃烧过程 ，加之燃烧工 随着煤颗粒在炉膛 中反应 的进行 ，当煤颗粒内 况的差异性和煤粉样本的多样性 ，很难从数学角度 部温度达到一定值后 ，挥发分开始 由内部沿孔道往 对整个燃烧过程进行定量描述．D-33因此，将整个燃 外析出．挥发分析出产生的膨胀应力会使煤颗粒 内 烧过程分解成几个阶段，从不同阶段入手逐项进行 部压强增大，使裂纹进一步增大 ，同时，由于挥发分 分析 ，可 以从机理上对破碎发生的过程达到全面认 的析出，煤颗粒 内部的孔隙增大 ，降低了煤颗粒材料 识的效果．本研究主要 以煤颗粒热解阶段挥发分析 本身的屈服强度 ，当膨胀应力大于材料应力时，煤颗 出过程中热应力及膨胀应力作用于煤颗粒的材料本 粒就发生了破碎． 身产生的破碎为重点，分析各影响因素在热解阶段 对破碎程度的影响． 2 模型的建立 1 破碎机理分析 煤颗粒燃烧过程 中，以网格划分 的面层为研究 以单颗粒煤粉作为研究对象，假设煤颗粒为各