神华煤焦燃烧特性与反应动力学研究

"本文主要研究了神华上湾煤在慢速和快速热解条件下生成的焦炭（慢速焦SHs和快速焦SHf）的燃烧性能和反应动力学特性。通过对神华600℃慢速焦和快速焦的表面形态和官能团分析，发现慢速焦SHs主要由密实结构组成，而快速焦SHf具有大量气孔。SHs的表面含有的羟基—OH较少，羰基减少，脂肪族—CH3和—CH的振动减弱，表明其芳环缩合度较高。在燃烧性能方面，SHs的着火温度高于SHf，但燃烬温度较低，显示出较好的燃烧性能。通过修正随机孔模型（MRPM）进行模拟回归，两种焦炭的燃烧反应动力学拟合度很高，相关系数R2均为0.9997，均方根误差RMSE均为0.006。计算出SHs的燃烧活化能E为60.01 kJ/mol，结构参数ψ为1.00，而SHf的E为44.88 kJ/mol，ψ为0.62。" 该研究深入探讨了不同热解条件对煤焦燃烧特性的影响，其中涉及到以下几个关键知识点： 1. **煤焦的形成与结构**：神华煤在慢速和快速热解过程中形成了两种不同类型的焦炭，慢速焦SHs呈现出密实的结构，而快速焦SHf则有丰富的气孔。这表明热解速度对煤焦的微观结构有显著影响，气孔结构可能影响焦炭的燃烧效率。 2. **官能团分析**：通过分析煤焦的表面官能团，研究人员发现慢速焦SHs的羟基—OH、羰基含量较少，同时脂肪族—CH3和—CH的振动特征减弱，这些变化意味着SHs的芳香化程度更高，这可能与其燃烧性能有关。 3. **燃烧性能对比**：研究发现，SHs的着火温度高于SHf，表明其燃烧初始阶段需要更高的热量才能启动，但SHs的燃烬温度较低，说明其在燃烧后期更易完全氧化，从而整体燃烧性能更优。 4. **燃烧反应动力学**：采用修正随机孔模型（Modified Random Pore Model, MRPM）对两种焦炭的燃烧反应进行了模拟，模型的高拟合度（R2=0.9997）证明了该模型在描述这两种煤焦燃烧过程中的适用性。活化能和结构参数的计算揭示了SHs和SHf燃烧反应的不同趋势，SHs的活化能较高，表明其燃烧过程需要更多的能量输入。 5. **动力学参数**：SHs的活化能E为60.01 kJ/mol，结构参数ψ为1.00，SHf的活化能E为44.88 kJ/mol，ψ为0.62。活化能的差异反映了两种焦炭燃烧反应的难易程度，而结构参数ψ则与孔隙结构和扩散速率有关，不同的ψ值表明两种焦炭的燃烧机制可能存在差异。 这项研究对于理解和优化神华煤及其热解产物的燃烧特性提供了重要的理论依据，对于煤炭资源的有效利用和环境保护具有实际意义。