张盛诚， 何 榕

(清华大学 热能工程系， 北京 100084)



煤粉颗粒热解时的膨胀与其物理化学性质的关系

张盛诚， 何 榕

(清华大学 热能工程系， 北京 100084)

通过建立数学模型来研究煤粉颗粒热解时的膨胀规律，用分形孔隙模型生成煤粉的孔隙结构，描述热解过程发生的化学反应、气体在孔隙中的扩散和煤粉颗粒的膨胀与收缩.对模型计算结果进行拟合，得到描述煤粉颗粒膨胀的微分方程，通过与其他研究者模型计算结果的对比验证该微分方程，分析了煤种的官能团含量、煤粉颗粒的孔隙率和比表面积对其膨胀的影响，并定义了一个综合了煤的物理化学性质的参数X.结果表明：官能团含量上升，煤粉颗粒的最大膨胀率和煤焦的膨胀率增大；孔隙率或比表面积增大，煤粉颗粒的最大膨胀率和煤焦的膨胀率减小；参数X越大，煤粉颗粒在热解过程中会发生更大的膨胀.

煤； 热解； 官能团； 孔隙； 膨胀

热解是煤燃烧、气化和液化等过程的初始阶段，对后续过程有重要影响，很多学者对此进行了研究[1-3].随着温度的上升，煤粉颗粒在热解时会发生化学反应，释放挥发分[4].同时，煤是一种有机大分子，在高温下软化熔融，因此热解时煤粉颗粒也会发生膨胀和收缩.煤粉颗粒的膨胀和收缩直接影响热解过程中颗粒的大小，那么挥发分在颗粒中的停留时间也受到影响，进而影响挥发分在颗粒内部的二次反应，这会对热解产物的生成速率和产量有影响[5].热……