粉煤焦加压燃烧气化过程中表面活化反应机理研究

在压力0.1-5MPa的范围内，终温1100℃ 时，升温速率1/6-E4K/s制得的褐煤、烟煤和无烟煤焦在PTGA中燃烧气化过程中，研究煤焦孔隙表面气体的Knudsun扩散、过渡扩散和分子扩散规律，建立表面气体组分浓度的函数；研究煤焦粒径分布、比表面活化速率和转化率，建立比表面活化反应动力学函数；用可控高温高压 Taylor弥散系数测定装置及激光干涉成像，测定主要气体组分对间的扩散系数，建立高压下扩散系数与温度压力间的关系；建立高温高压下质量传递与比表面活 化反应动力学间的关系；应用新模型对工业运行的Shell煤粉气化炉进行模拟计算，以检验模型改进前后对预报精度的影响。该项研究可避免n阶速率方程的不确定性，解决2.5 MPa以上煤焦燃烧气化速率与总压间的关系问题；填补高温高压扩散系数及其预测模型的空白，为燃烧气化速率的预测奠定基础。

①对常压和加压下的煤焦本征反应动力学的研究取得重要进展，结果表明：煤焦的本征反应速率随转化率的增加而增加，直到转化率达到90-98%（因煤种而异）才开始下降，这与常规的表观速率的在转化率达到40-60%就开始下降完全不同；部分煤焦的本征动力学速率与转化率间呈线性关系。②通过TG-DSC实验方法,能准确辨识高温反应条件下O2-CO2混合气与煤焦反应的顺序，能更深入地揭示Oxy-Fuel 条件下煤焦的反应机理。③发明和完善了一套实验方法，能准确测定煤/焦的着火热、着火温度，强着火热和强着火温度，熄火点及其对应的转化率。④ 发明了一套煤干粉气化的激冷技术，对高背压条件下喷嘴湍流射流型态的研究表明负荷系数与流态关系密切；⑤燃烧火焰自由基在梯度磁场作用下的运移规律的模拟研究表明：微重力下，扩散火焰可能呈准半球形扩展，甚至熄火；磁场能代替重力场产生浮生力，驱动对流并强化燃烧；磁场浮生力主要源自氧气所受磁场力的分布差异；磁场梯度的方向对火焰结构有决定性影响；在地面可利用磁场屏蔽重力。⑥煤燃烧过程中的瞬态释热规律的研究表明煤的初期的燃烧焓较煤焦的燃烧大15-50%。⑦生物质燃烧过程中Na/K/Cl等沉积的相变及热化学过程的研究表明：生物质中的K、Na、Cl在燃烧温度大于600⁰C时产生气态的KCl(g)、NaCl(g)、KOH(g)、NaOH(g)、K(g)、Na(g)等。生物质锅炉的过热器积灰烧结问题正是由这些气态碱金属化合物的凝结和硫酸盐化而引起的。⑧ 燃煤循环流化床固硫产物还原性气氛条件下容易发生硫酸盐分解，降低固硫效果。