煤颗粒燃烧过程中的热解及焦燃烧行为模拟研究

于海鹏

（1.煤科院节能技术有限公司，北京 100013；2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013；3.国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室，北京 100013）

引 言

煤炭是我国主要的能源形式，2020 年我国煤炭消费量为28.29 亿t，在一次能源消费中所占比重为56.9%，而世界平均水平仅为27.2%。燃烧是煤炭利用中使用最广泛、历史最悠久的方式，因此，大力发展高效清洁的煤燃烧技术有着重要的意义。

煤燃烧过程会涉及到水的蒸发、均相挥发物的氧化和非均相焦的氧化等复杂的物理化学转化过程[1-2]。研究表明，这其中的一些中间产物和最终产物对其他化学反应有促进或抑制作用[3]。在现有的煤燃烧技术（如固定床燃烧技术、流化床燃烧技术和气流床燃烧技术）中，由于这些反应自然地在同一空间以耦合的方式发生，因此难以对整个燃烧过程进行优化。为了优化燃烧，有学者提出了解耦燃烧技术，该技术根据燃料在燃烧过程中的转化特性，分离耦合反应[4-5]，使各反应在各自最佳的反应条件下进行。通常将整个煤燃烧过程分为热解过程和焦燃烧过程。

在设计煤燃烧装置前，深入了解煤颗粒的燃烧特性是必要的，已有许多学者通过模拟和实验两种手段对其进行了研究。R.H.HURT 等[6]的研究结果表明，温度高于1 200 K 条件下煤的反应级数低于温度小于900 K 条件下的反应级数，其中提出的总包三步反应模型能较为准确地预测在600 K～2 000 K 范围中煤的反应级数、反应活化能和CO 与CO2比。……