第31卷第1期計(jì)算物理Vol 31. No I2014年1月CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICSJan.,2014文章編號(hào):1001-246X(2014)01-005908煤顆粒熱解的傳熱傳質(zhì)分析劉訓(xùn)良,曹歡,王淦,溫治北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院熱能工程系,北京100083)摘要:采用分布活化能模型及能量守恒方程對(duì)煤顆粒熱解的傳熱傳質(zhì)過程建立數(shù)學(xué)模型,模型考慮煤熱解的吸熱效應(yīng)及揮發(fā)分逸出時(shí)對(duì)流換熱的影響.與有關(guān)煤粉和大顆粒煤熱解的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證針對(duì)煤顆粒的溫度變化過程和煤熱解過程進(jìn)行數(shù)值分析,研究煤熱解的吸熱效應(yīng)揮發(fā)分氣體逸出的對(duì)流效應(yīng)、顆粒尺寸等參數(shù)的影響關(guān)鍵詞:煤熱解;傳熱傳質(zhì);數(shù)學(xué)模型中圖分類號(hào):TQ511.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0引言對(duì)于流化床中煤粉的燃燒或者移動(dòng)床氣化爐中煤的氣化而言煤熱解都是一個(gè)重要的過程,研究煤熱解規(guī)律并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其溫度變化和揮發(fā)分析出速率對(duì)于氣化爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)尤為重要通過一級(jí)反應(yīng)模型可以預(yù)測(cè)煤的熱解速率,然而由于煤顆粒中揮發(fā)分析出與其溫度分布緊密相關(guān),這種模型過于簡(jiǎn)單. Higuera(2.用競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)模型對(duì)移動(dòng)的單顆粒煤熱解過程進(jìn)行了數(shù)值模擬Chem和 Hayhurst通過改進(jìn)的縮核反應(yīng)模型對(duì)大顆粒煤的熱解進(jìn)行了研究此后又采用一級(jí)反應(yīng)模型研究了恒溫小顆粒煤的熱解過程. Anthony等人提出了分布活化能模型( distributed activation energy model,DAEM), Solomon等人“提供的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明這種模型與實(shí)際過程符合的很好,該模型是目前最常用的一種煤熱解模型(在揮發(fā)分析出或者熱分解過程中,顆粒內(nèi)部的熱傳遞是反應(yīng)速率的控制因素,而不是煤焦顆粒內(nèi)揮發(fā)分的質(zhì)量傳遞,在多數(shù)有關(guān)煤熱解的研究中,細(xì)煤及煤粉都被認(rèn)為是溫度均勻分布然而,在移動(dòng)床氣化爐中,煤顆粒的尺寸遠(yuǎn)大于煤粉煤顆粒的尺寸差異及煤的低熱導(dǎo)率導(dǎo)致熱解時(shí)顆粒內(nèi)部產(chǎn)生較大的溫度梯度Fu等人發(fā)表了由煤粉壓制而成的大顆粒煤揮發(fā)分析出過程的動(dòng)力學(xué)參數(shù)Zhao等人采用熱傳導(dǎo)方程和 FG-DVC模型研究了在流化床或固定床中燃燒的大顆粒煤的熱解過程,模型中考慮了煤熱解的熱效應(yīng)但在計(jì)算中該項(xiàng)設(shè)為零 Adesanya和Pham建立了在對(duì)流環(huán)境中大顆粒煤的熱解通用模型,考慮了熱解的熱效應(yīng)但是未考慮揮發(fā)分逸出時(shí)與顆粒的換熱影響Huo等人考慮了兩方面的影響建立了移動(dòng)床中大顆粒煤的熱解模型,研究其熱解過程并分析了顆粒直徑床層溫度等參數(shù)的影響基于Huo等人提出的數(shù)學(xué)模型,本文重點(diǎn)分析煤熱解熱效應(yīng)和揮發(fā)分逸出所引起的對(duì)流換熱對(duì)顆粒內(nèi)部溫度的變化和揮發(fā)分析出速率的影響,并詳細(xì)討論煤顆粒尺寸及揮發(fā)分含量對(duì)煤顆粒升溫歷程和熱解過程的影響數(shù)學(xué)模型在流化床或者移動(dòng)床等氣化爐中煤的熱解伴隨著顆粒內(nèi)部傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生.通過對(duì)劉易斯數(shù)3的分析可知,顆粒內(nèi)部的傳熱是煤熱解過程的速率控制因素,因而本文重點(diǎn)關(guān)注顆粒內(nèi)部的傳熱揮發(fā)分析出速率與顆粒溫度的變化歷程有著十分緊密的聯(lián)系當(dāng)溫度在650℃以下時(shí),熱解反應(yīng)是吸熱的2.熱解產(chǎn)生的揮發(fā)分物質(zhì)會(huì)在顆粒內(nèi)部產(chǎn)生氣流,導(dǎo)致氣體逸出時(shí)產(chǎn)生對(duì)流換熱現(xiàn)象.煤顆粒尺寸的變化是復(fù)雜多樣收稿日期:2013-03-22;修回日期:2013-06-11基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(51276015)資助項(xiàng)目中國(guó)煤化工作者簡(jiǎn)介:劉訓(xùn)良(1973-),男,山東博士,副教授主要從事計(jì)算流動(dòng)及傳熱傳質(zhì)分HCNMHGen第31卷的,它取決于煤種、加熱速率以及最終溫度的共同作用 Sadhukhan等人針對(duì)高灰分低揮發(fā)分含量的次煙煤,在溫度范圍為440℃~460℃的實(shí)驗(yàn)中得到的膨脹率峰值為1.10,當(dāng)顆粒升溫超過這個(gè)溫度范圍,顆粒中揮發(fā)分劇烈析出形成的鼓泡開始破碎,導(dǎo)致顆粒收縮而 Adesanya和Pham10通過實(shí)驗(yàn)觀察到在煤熱解前后顆粒的體積基本不變.上述的這些因素使得建立煤顆粒的熱解數(shù)學(xué)模型變得十分復(fù)雜.為方便研究,本文借鑒文獻(xiàn)[3]中的作法,認(rèn)為煤顆粒為球形,在熱解過程中煤顆粒尺寸保持不變,忽略熱解過程中的顆粒破碎及其他任何由二次反應(yīng)所致的形狀改變假設(shè)水分的蒸發(fā)與煤顆粒揮發(fā)分析出同時(shí)進(jìn)行認(rèn)為水蒸氣為揮發(fā)分的一部分,并將蒸發(fā)潛熱視為煤熱解吸熱效應(yīng)的一部分1.1模型描述1)煤熱解模型揮發(fā)分累積產(chǎn)量v(以原始煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示)隨時(shí)間r的關(guān)系由分布活化能模型(DAEM)給出":(E-E6)2ko exp(-E/rT)dr(1)a(2m)2)質(zhì)量守恒方程d(p/p)_d其中p°為初始煤顆粒密度3)熱傳導(dǎo)方程a(p(3)其中S為源項(xiàng)包含煤熱解吸熱效應(yīng)及揮發(fā)分氣體逸出時(shí)的對(duì)流換熱效應(yīng)dv Qc aT△H4)式中Q表示煤顆粒加熱時(shí)析出的揮發(fā)分質(zhì)流率,而揮發(fā)分產(chǎn)生于顆粒內(nèi)部的各個(gè)區(qū)域,由于顆粒溫度分布的不均勻性,揮發(fā)分在各局部區(qū)域的析出速率不同在r處的質(zhì)流率可由下式得到dvQ(5)煤顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容取自文獻(xiàn)[10]T≤673K(6A=0.23+2.24×105(T-673)8T>673K,=1254T≤623K,cn=1254-1.75(T-623),T>623K.4)邊界條件顆粒中心(8)顆粒表面=h(T,-Tn)+6,0(T-Tn)其中T和T分別為環(huán)境溫度和顆粒表面溫度,,為煤顆粒系統(tǒng)發(fā)射率,h表示顆粒與外界的對(duì)流換熱系數(shù),它可由Na數(shù)得到,表達(dá)式如下0u=2.0+fRe2Pr1?,(10)式中∫為修正系數(shù),取值為0.6到L.8采用有限容積法(FVM)離散導(dǎo)熱方程,離散后的代數(shù)方程組采用TDMA算法進(jìn)行求解描述揮發(fā)分析出的分布活化能模型(DAEM)是計(jì)算的難點(diǎn),由于其表達(dá)式是關(guān)于活化能和時(shí)間的雙重積分,而積分式中又包含顆粒的局部溫度,表明了顆粒的瞬時(shí)溫度分布及升溫歷程對(duì)揮山中國(guó)煤化工熱解的熱效應(yīng)和揮發(fā)分逸出引起的對(duì)流換熱又會(huì)影響顆粒的溫度分布,呈現(xiàn)出復(fù)4CNMHGAEM的雙重積分表達(dá)式采用梯形算法求解數(shù)值模擬的程序編碼基于 Visual c++平臺(tái)開發(fā),顆粒半徑方向網(wǎng)格數(shù)為50,時(shí)第1期劉訓(xùn)良等:煤顆粒熱解的傳熱傳質(zhì)分析間和活化能的積分步數(shù)分別取200和30時(shí),計(jì)算程序在 Pentium4(3.0GHz)型個(gè)人電腦上的運(yùn)行時(shí)間為40s數(shù)值模擬所需的相關(guān)參數(shù)在表1中列出表1模型用到的參數(shù)Table 1 Input parameters in model煤顆粒煤顆粒初煤顆粒初始周圍氣體平均活化揮發(fā)分比最終揮發(fā)分析煤熱解反直徑D始密度p°溫度T°溫度T能E0熱容cP出量v應(yīng)熱△H/(kgm-3/(kJ.mol-) /(J(kg.K)-)/(kJ kg46.719);53.49);850251139023.8141:701.2數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證為了驗(yàn)證模型將模擬得到的溫度變化曲線和揮發(fā)分產(chǎn)量曲線同實(shí)驗(yàn)結(jié)果03對(duì)比.如圖1所示,對(duì)于顆粒尺寸在100到150m的 Pittsburgh8號(hào)煤而言,它的最終揮發(fā)分產(chǎn)量v在加熱速率為1℃·s時(shí)為46wt%(干燥無灰基,以下同),在1000℃·時(shí)值為53wt%計(jì)算時(shí)采用的參數(shù)k。=2x10°s1,E0=251 kJ mol-l及σ=21.4kJ·mol.對(duì)應(yīng)于加熱速率為1℃·s和1000℃·s1,平均相對(duì)誤差分別為24%和4.8%.從圖中可以看出,通過模型預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合的很好,這也意味著DAEM在不同的加熱速率下都能較好的描述煤的熱解過程將大顆粒煙煤在對(duì)流換熱環(huán)境中的揮發(fā)分演變過程和溫度變化趨勢(shì)的模擬結(jié)果同發(fā)表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(0進(jìn)行了比較,如圖2所示,實(shí)驗(yàn)中采用打磨成圓形的 Arkwright煙煤顆粒,工業(yè)分析的揮發(fā)分含量為37%,在650℃實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)得的最終揮發(fā)分含量為23.8wt%,對(duì)于顆粒尺寸分別為D=10.2mm,13.5mm,16mm的煙煤,其溫度平均相對(duì)誤差分別為5.2%,3.2%及3.9%,揮發(fā)分析出的模型預(yù)測(cè)值平均相對(duì)誤差為5.8%.計(jì)算中DAEM參數(shù)取值如下:k=1×10s1;E0=251kJ·mol';a=39.2kJ·mol-.由此可見,模型預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合較好式(10)中的修正系數(shù)f的取值對(duì)不同直徑的顆粒略有差異,以使模擬值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合,對(duì)于細(xì)顆粒煤,如 Pittsburgh8號(hào)煤粉,f=1.6;而對(duì)于直徑大于1mm的煤顆粒,∫=1.20.4400Model predation0.2mmModel predation--13.5mm--1000°sExperimental dataExperimental data口102mm△13.5mm0.2003004005006007006009001000t/s圖1模型預(yù)測(cè)煤粉揮發(fā)分析出量與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1圖2大顆粒煤中心溫度模型預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)°Fig. 1 Model predicted volatile yields of pulverized coalFig. 2 Model prediction of centre temperature of largeand experimental datacoal particle and experimental data 0.2結(jié)果和討論本節(jié)分析煤熱解熱效應(yīng)和揮發(fā)分逸出時(shí)的對(duì)流換熱對(duì)于煤顆粒溫度變化和揮發(fā)分析出過程的影響,并討論顆粒尺寸揮發(fā)分含量對(duì)煤顆粒升溫歷程和揮發(fā)分析出過程的V凵中國(guó)煤化工2.1顆粒溫度和揮發(fā)分析出CNMHG針對(duì)顆粒直徑D=16mm的大顆粒煤選取了三個(gè)不同位置的區(qū)域,即核心(r=0mm),中間層(r=6計(jì)算物理第31卷4mm),外層(r=8mm),研究其溫度和揮發(fā)分析出量隨時(shí)間的變化圖3顯示不同區(qū)域的溫度和溫升速率的變化曲線由圖可見,顆粒外層溫度在初始時(shí)溫度升高很快,在溫度達(dá)到約250℃后變得平緩,而溫升速率在加熱初期即快速衰減對(duì)于顆粒的中間層和核心而言,溫升速率在加熱初期迅速增加,并在50s后達(dá)到峰值,然后開始緩慢下降.對(duì)于顆粒核心及中間層而言,溫度隨時(shí)間的變化曲線相似,因此溫升速率曲線也相似.這是由于顆粒的熱容量從外層到核心逐步減小,從而導(dǎo)致顆粒內(nèi)層區(qū)域的升溫歷程與外層區(qū)域有較大差異600500Local temperatureRate of temperature rise 300-r external layer200300圖3直徑D=16mm的大顆粒煤瞬時(shí)溫度及溫升速率隨加熱時(shí)間的變化Fig 3 Local transient temperature and rate of temperature rise of a large coal particle with diameter of 16 mm versus heating time圖4顯示揮發(fā)分產(chǎn)量和揮發(fā)分物質(zhì)產(chǎn)生速率的曲線揮發(fā)分產(chǎn)生速率曲線均呈拋物線形,三條曲線的最大值出現(xiàn)在不同時(shí)間從某種意義上而言,在顆粒內(nèi)部好像存在反應(yīng)前沿,類似于縮核反應(yīng)模型.在揮發(fā)分產(chǎn)生速率達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的顆粒溫度分別為(如圖3):外層421℃,中間層457℃,核心處464℃.這意味著隨著煤熱解反應(yīng)在整個(gè)顆粒內(nèi)部的持續(xù)進(jìn)行,越是處于顆粒內(nèi)層,揮發(fā)分快速釋放所處溫度越高,析出速率峰值也越高.同時(shí)表明揮發(fā)分析出速率較快的溫度區(qū)間為420~470℃,這與前人發(fā)表的煤熱重實(shí)驗(yàn)結(jié)果6-所呈現(xiàn)的規(guī)律相同.與溫度變化曲線相似顆粒中間層和核心處的揮發(fā)分析出規(guī)律非常相近0.0014 Rate of volatile released0.25102030000Volatile yieldsdle layer1o5蘭010圖4直徑D=16mm的大顆粒煤揮發(fā)分析出量及揮發(fā)分析出速率隨加熱時(shí)間的變化Fig. 4 Local transient volatile yields and yields rate of a large coal particle with diameter of 16 mm versus heating time2.2熱解熱效應(yīng)及揮發(fā)分逸出換熱的影響煤熱解熱效應(yīng)和揮發(fā)分逸出時(shí)對(duì)流換熱的共同影響使得顆粒內(nèi)rV凵中國(guó)煤化工明上述兩種因素對(duì)于煤顆粒熱解過程的影響,采取以下三種方式分別進(jìn)行模擬:方CNMHG式2,只考慮煤熱解吸熱效應(yīng),忽略揮發(fā)分逸出對(duì)流換熱的影響;方式3,二者都不考慮.圖5給出了三種方式下直徑D=第1期劉訓(xùn)良等:煤顆粒熱解的傳熱傳質(zhì)分析6316mm的煤顆粒熱解過程中局部溫度和揮發(fā)分產(chǎn)量的變化曲線.由圖可見,方式2與方式l模擬得到的變化曲線幾乎重合,表明揮發(fā)分氣體逸出時(shí)對(duì)流換熱的影響不明顯.而方式3與方式1的模擬結(jié)果有明顯差異,說明煤熱解的吸熱效應(yīng)對(duì)于煤顆粒熱解過程的影響較大,尤其是在200s到400s的時(shí)間段內(nèi)顆粒的核心處在這段時(shí)間,煤揮發(fā)分析岀量急劇增加,從而影響傳熱和熱解過程,溫度變化最大值接近50℃,揮發(fā)分產(chǎn)量變化最大值近5wt%7000.256000.20D=16mmp=23.8wt%D=16mmp=23.8wt%0.15Case I一 -coreexternal layerExternal layerCase 2>Case 20.10-coreo-external layer- -External layerCase 3Case 3-core0.05-P-cores-external layera)局部溫度變化(b)揮發(fā)分析出量圖5直徑D=16mm的大顆粒煤的局部溫度變化(a)和揮發(fā)分析出量(b)(方式1:煤熱解效應(yīng)和揮發(fā)分逸出對(duì)流換熱影響都考慮;方式2:只考慮煤熱解效應(yīng);方式3:二者都不考慮)Fig 5 Local transient temperature (a)and volatile yields(b)of a large coal particle with diameter of 16 mm(In Case 1, influences of heat of pyrolysis and transpirational convection of volatile are both taken into accouOnly endothermic effect of pyrolysis is considered in Case 2. While in Case 3, none of them is considered.2.3揮發(fā)分含量的影響針對(duì)揮發(fā)分含量更高但相同尺寸的煤顆粒進(jìn)行了模擬,結(jié)果如圖6所示.盡管顆粒的揮發(fā)分物質(zhì)含量高達(dá)70%,但忽略逸出時(shí)對(duì)流換熱的影響作用,在整個(gè)熱解過程中溫度的變化小于5℃,揮發(fā)分析出量的增加小于2wt%,而對(duì)于顆粒直徑更小或揮發(fā)分含量更少的煤顆粒而言,揮發(fā)分物質(zhì)逸出時(shí)對(duì)流換熱的影響作用將進(jìn)一步降低,因此認(rèn)為揮發(fā)分氣體逸出時(shí)對(duì)流換熱的影響可以忽略D=16mmp=23.8wt%Case Iexternal layerexternal laveA-external layers圖6直徑D=16mm、揮發(fā)分含量V=70wt%的大顆粒煤揮發(fā)分析出量Fig. 6 Local volatile yields of a large coal particle with diameter of 16 mm and ultimate volatile yields of 70 wt%2.4煤顆粒尺寸的影響中國(guó)煤化工基于以上分析,對(duì)于顆粒尺寸的影響研究只考慮方式1和方式CNMHGUmm殊楓粒的模擬結(jié)果計(jì)算物理第31卷如圖7所示兩種方式模擬的最大溫差小于30℃,揮發(fā)分產(chǎn)量的差異小于2%.直徑D=0.2mm的煤顆粒局部溫度及揮發(fā)分析出量變化曲線如圖8所示.由圖可見,隨著顆粒尺寸的減小,煤熱解的吸熱效應(yīng)對(duì)顆粒內(nèi)部傳熱和熱解過程的影響變小.對(duì)于直徑D=0.2mm的煤顆粒,方式1和方式3的模擬結(jié)果沒有太大區(qū)別對(duì)于直徑D=2mm的煤顆粒,在加熱初期的8s內(nèi)其表面和核心仍有20℃以上的溫差,而對(duì)于直徑D=0.2mm的煤顆粒,在0.2s內(nèi)顆粒表面和核心的溫差迅速減小并接近零.這意味著,當(dāng)顆粒尺寸小于0.2mm時(shí),熱解熱效應(yīng)和揮發(fā)分逸出的對(duì)流換熱效應(yīng)均可忽略,在很短的時(shí)間內(nèi)顆粒表面和核心處溫度趨于相同因此推斷,在加熱過程中,顆粒直徑D<0.2mm的煤粉可以看作溫度均勻的顆粒,熱解熱效應(yīng)亦可忽略.另方面,對(duì)于直徑D>2mm的大顆粒煤而言,達(dá)到熱平衡(即與環(huán)境氣體溫度相同)的時(shí)間和揮發(fā)分完全析出的時(shí)間基本上相同,而對(duì)直徑D=0.2mm的小顆粒煤或尺寸更小的煤粉而言,達(dá)到熱平衡的時(shí)間較短,而揮發(fā)分完全析出需要更長(zhǎng)的時(shí)間D=16mm=23.8wt%Case I0.0Case 3圖7直徑D=10mm的煤顆粒揮發(fā)分析出量Fig. 7 Local volatile yields of a large coal particle with diameter of 10 mmD=16mm=23.8wt%Case ID=16mm=23.8wt%coreCase 1external layerCase 30.10external layerCase 3- cooreexternal layer-O core△ external layer0.050.050.100.150.200.250.300.350.400.10.20.3040.50.60.70.80.910t/s(a)局部溫度變化(b)揮發(fā)分析出量圖8直徑D=0.2mm的煤顆粒的局部溫度變化(a)和揮發(fā)分析出量(b)Fig8 Local transient temperature (a)and volatile yields(b)of a coal particle with diameter of 0. 2 mm3結(jié)論考慮煤熱解熱效應(yīng)及揮發(fā)分逸岀對(duì)流換熱的影響,對(duì)煤顆粒的熱解過程建立數(shù)學(xué)模型.通過數(shù)值模擬研究了煤熱解過程中顆粒的局部溫度變化及揮發(fā)分析出的規(guī)律,對(duì)于所凵中國(guó)煤化工下結(jié)論:1)在加熱初始階段,直徑D=16m的煤顆粒核心處和表面處的CNMHG過約600s,二者的溫差會(huì)降到10℃以下?lián)]發(fā)分析出速率較快的溫度區(qū)間為420℃-470℃,越是處于顆粒內(nèi)層,揮發(fā)分劉訓(xùn)良等:煤顆粒熱解的傳熱傳質(zhì)分析快速釋放所處溫度越高,析出速率峰值也越高顆粒中間層的溫度變化及揮發(fā)分析出規(guī)律均與核心處相似.2)對(duì)于直徑D=16mm的煤顆粒而言,即使最終揮發(fā)分析出量高達(dá)70w%,氣體逸出時(shí)的對(duì)流換熱效應(yīng)仍可忽略,但熱解熱效應(yīng)的影響不能被忽略,它有助于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤顆粒內(nèi)部的溫度分布熱解熱效應(yīng)的影響隨顆粒尺寸的減小而減弱,對(duì)于直徑D<0.2mm的煤顆粒而言,熱解熱效應(yīng)的影響可以忽略不計(jì)3)顆粒尺寸對(duì)于煤的傳熱過程的影響是顯而易見的.對(duì)于對(duì)流環(huán)境中直徑D>2mm的大顆粒而言,煤顆粒表面和核心處需要10s以上的時(shí)間才能達(dá)到溫度均勻,達(dá)到熱平衡的時(shí)間和揮發(fā)分完全析出的時(shí)間相近.而對(duì)于直徑D<0.2mm的煤粉顆粒而言,表層與核心的溫差迅速減小,加熱時(shí)間小于0.2s即可達(dá)到溫度均勻,因而可以采用集總參數(shù)法進(jìn)行研究,而揮發(fā)分完全析出比達(dá)到熱平衡需要更長(zhǎng)的時(shí)間符號(hào)說明煤顆粒比熱容,J(kg·K)ˉ1揮發(fā)分比熱容,J(kgK)D——煤顆粒直徑,mmE—表觀活化能, k] molE平均活化能,kJ·m對(duì)流換熱系數(shù),Wk?！盖耙蜃?s1S—能量守恒方程中源項(xiàng),W·m3Q—揮發(fā)分質(zhì)流率kgs1△H—單位質(zhì)量熱解反應(yīng)熱,kJkg軸坐標(biāo),mR煤顆粒半徑,mm;通用氣體常數(shù),J(molK)1T—煤顆粒溫度,℃V—時(shí)間τ所產(chǎn)生揮發(fā)分的累積量(以原始煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示)當(dāng)t→∞時(shí)V的值希臘字母p——煤粒密度,kg:m3p—環(huán)境氣體密度,kgm3加熱時(shí)間λ—煤粒的導(dǎo)熱系數(shù),W·(mK)σ一標(biāo)準(zhǔn)差, kJ. mol;黑體輻射常數(shù),567×10W·m-2…KE.系統(tǒng)發(fā)射率考文獻(xiàn)1] Anthony D B,. 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J Engineering Thermal Energy Power, 2010, 25 (3): 301-305Numerical Analysis of Heat and Mass Transfer during Pyrolysis of Coal ParticleLIU Xunliang, CAO Huan, WANG Gan, WEN ZhiSchool of Mechanical Engineering, University of Science and Technology of Beijing, Beijing 100083, China)Abstract: A mathematical model is developed to analyze numerically coal pyrolysis and heat transfer inside a heated coal particleEndothermic effect of decomposition and transpirational convective heat transfer are taken into account. A coupled comprehensive modelwas validated with experimental data of pulverized coal and large particles. Then, temperature history and coal pyrolysis of coal particleheated were analyzed numerically. Effects of endothermic of pyrolysis, transpirational convection, volatile content and particle size wereinvestigated to understand physically transient temperature and volatile evolution of coal particleKey words: coal pyrolysis; heat and mass transfer; mathematical model中國(guó)煤化工CNMHGRecelved date: 2013-03-22: Revised date: 2013-06-11