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油页岩燃烧机理及动力学模型研究

王晓磊  
【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。


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