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粉煤焦燃烧SCT模型的热重实验研究及其比热容的DSC测定

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目前，大型电站锅炉普遍使用粉煤悬浮燃烧系统，粉煤的燃尽度不仅反映了悬浮燃煤系统重要的运行特性，而且严重影响锅炉效率。如何运用简单有效的模型预报煤的燃尽度，对锅炉燃烧的优化调整与控制及锅炉设计均具有重要意义。煤粉燃烧以煤焦的燃烧为主，煤焦燃烧过程中的活性比表面积，是煤焦与氧气本征反应动力学模型的重要参数，对从物理本质上探讨和解释煤焦的反应性具有重要的意义。研究煤焦的热物性，如比热在燃烧各个阶段的变化，对于准确预测煤的着火等燃烧特性有积极的意义。 本文选取了三个煤样，在滴管炉（DTF）和热重分析仪（TGA）上制备了9种煤焦，分别测定了其孔径及比表面积分布，用场发射扫描电子显微镜（FESEM）对其表观形貌进行了观察。分别以三种气氛、三个升温速率对所制得的焦样进行了热重分析，运用 SCT反应动力学理论，得到了活性表面积Ae、临界活化能Ec和频率因子k0随燃尽度的分布；并应用差示扫描量热（DSC）对5种煤焦在（70～500）℃范围内的比热容进行了测定。 研究结果表明：实验煤焦燃烧过程中，活性表面积Ae随燃尽度α增大而增大，燃烧反应速率达到最大时，活性表面积的变化速率也达到最大；活性比表面积的变化率随着燃尽度α的增大，呈现先增大后减小的趋势，与燃烧速率成正比，大部分曲线在燃尽度90％附近出现峰值，而后迅速降低。同种煤焦在高升温速率（30℃/min，50℃/min）下的活性比表面积变化率要明显高于低升温速率（10℃/min）下的值。 应用SCT模型计算得到的不同实验煤焦的活化能Ec都表现出在反应开始和结束时较高，反应中期较低且分布较为平缓的特征。反应后期（α>85％），煤焦活化能快速上升，从(100～200)kJ/mol增大到300kJ/mol。频率因子k0与活化能Ec的变化趋势相同，变化范围与焦样的种类有关，大致在（10-6～1011）kg/(m2sPa)之间。 500℃以前，实验煤焦比热容的测定值与模型预测值变化趋势一致，都随温度升高单调增加，从70℃的0.9 J/g ℃左右增大到500℃时的（1.4～1.7）J/g ℃左右，一般实验值要略大于理论值。1100℃下的焦样，比热容均比1300℃下的焦样要大，且原煤中挥发份含量Vdaf越高，对应的两个热解温度水平下的焦样的比热值相差越大。

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