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油页岩燃烧机理及动力学模型研究

作　者: 王晓磊
导　师: 王擎
学　校: 东北电力大学
专　业: 热能工程
关键词: 油页岩 脱挥发分 动力学 Weibull分布 燃烧模型
分类号: P618.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 130次
引　用: 2次
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内容摘要


随着当今能源形势的日益严峻,各国对油页岩资源的开发利用也日益重视。油页岩燃烧特性研究是油页岩综合开发利用的基础,是更好地开发利用油页岩资源的关键。本文在自行搭建的小型流化床实验台上进行了油页岩脱挥发分试验研究。分别研究了页岩燃烧过程中的炉膛温度变化特性、页岩预热时间特性、着火特性、燃尽时间特性,同时研究了投料质量、床温、流化风速、水分对页岩挥发分燃烧时间的影响。研究结果表明,汪清油页岩挥发分燃烧时间与初始颗粒直径之间的关系满足allometric模型,且主要受床温和反应机理影响。并在此模型基础上,提出了与温度、粒径、反应机理相关的新的挥发分燃烧时间预测模型。经实验验证,改进的模型与试验结果吻合良好,较大幅度地提高了高温段页岩挥发分燃烧时间预测精度。利用Weibull数学分布对页岩燃烧的TGA曲线进行了模拟,利用反曲模型对页岩燃烧的动力学进行了分析,发现该分布能够很好的描述页岩的燃烧失重行为。挥发分作为燃烧过程中的主要反应成分,其表征页岩燃烧特征的Weibull参数和动力学参数均呈现一定规律变化。对描述动力学特性的分布活化能模型进行了分析,利用Weibull分布对其进行非等温动力学求解,提出了使用计算机网格搜索算法来求解页岩动力学参数的方法,并给出了部分动力学参数,计算结果表明,提出的网格搜索算法在数学意义上能够很好地描述页岩燃烧过程中的失重行为。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
主要符号表  11-13
第1章 绪论  13-18
  1.1 课题的意义和背景  13-14
    1.1.1 油页岩资源及其利用现状  13-14
    1.1.2 课题提出的意义  14
  1.2 国内外油页岩燃烧特性研究现状  14-18
    1.2.1 燃烧机理研究  14-15
    1.2.2 燃烧动力学模型研究  15-17
    1.2.3 本课题的主要内容及研究方法  17-18
第2章 油页岩流化床脱挥发分试验研究  18-35
  2.1 固体燃料脱挥发分研究理论基础  18-19
  2.2 试验装置  19-20
  2.3 试验样品  20-21
  2.4 试验方法  21
  2.5 结果和讨论  21-30
    2.5.1 总体现象描述  21-23
    2.5.2 预热时间特性  23
    2.5.3 挥发分着火特性  23-25
    2.5.4 燃尽时间特性  25-26
    2.5.5 投料质量对挥发分燃烧时间的影响  26
    2.5.6 水分对挥发分燃烧时间的影响  26-28
    2.5.7 流化风速对挥发分燃烧时间的影响  28
    2.5.8 初始颗粒直径与挥发分燃烧时间的关系  28-30
  2.6 油页岩挥发分燃烧的数学模型  30-34
    2.6.1 模型的建立  30-32
    2.6.2 模型可靠性检验  32-33
    2.6.3 模型分析与展望  33-34
  2.7 本章小结  34-35
第3章 油页岩燃烧热重曲线的数学模拟  35-48
  3.1 Weibull 分析理论基础  35-36
  3.2 寿命数据分析理论基础  36-37
    3.2.1 寿命数据的定义  36
    3.2.2 寿命模型的选择  36
    3.2.3 分布参数估计  36-37
  3.3 Weibull 分布在热力学分析的应用  37
  3.4 页岩燃烧平行反应模型的建立  37-39
  3.5 试验样品和设备  39-40
    3.5.1 试验样品  39
    3.5.2 试验设备及方法  39-40
  3.6 利用Weibull 分布描述页岩TGA 曲线  40-45
    3.6.1 不同升温速率下的DTG 曲线  40
    3.6.2 页岩燃烧组分含量的确定  40-41
    3.6.3 热重TG 曲线的模拟  41-44
    3.6.4 热重DTG 曲线的模拟  44-45
  3.7 页岩燃烧动力学分析  45-46
  3.8 本章小结  46-48
第4章 分布活化能模型的数学近似及求解  48-55
  4.1 分布活化能模型的Weibull 描述  48-50
  4.2 分布活化能模型的数学近似  50-51
  4.3 利用Weibull 分布进行TGA 曲线模拟  51-53
  4.4 本章小结  53-55
结论  55-57
参考文献  57-62
致谢  62

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 地质学 > 矿床学 > 矿床分类 > 燃料矿床 > 油页岩
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