煤顆粒熱解的傳熱傳質(zhì)分析

第31卷第1期計算物理Vol 31. No I2014年1月CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICSJan.,2014文章編號:1001-246X(2014)014005908煤顆粒熱解的傳熱傳質(zhì)分析劉訓良,曹歡,王淦,溫治北京科技大學(xué)機械工程學(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煤顆粒熱解的傳熱傳質(zhì)過(guò)程建立數學(xué)模型,模型考慮煤熱解的吸熱效應及揮發(fā)分逸出時(shí)對流換熱的影響.與有關(guān)煤粉和大顆粒煤熱解的實(shí)驗數據對比,對模型進(jìn)行驗證針對煤顆粒的溫度變化過(guò)程和煤熱解過(guò)程進(jìn)行數值分析,研究煤熱解的吸熱效應揮發(fā)分氣體逸出的對流效應顆粒尺寸等參變數的影響關(guān)鍵詞:煤熱解;傳熱傳質(zhì);數學(xué)模型中圖分類(lèi)號:TQ511.6文獻標識碼:A0引言對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(guò)程,研究煤熱解規律并準確預測其溫度變化和揮發(fā)分析出速率對于氣化爐的優(yōu)化設計尤為重要.通過(guò)一級反應模型可以預測煤的熱解速率,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(guò)于簡(jiǎn)單 Higuera(2采用競爭反應模型對移動(dòng)的單顆粒煤熱解過(guò)程進(jìn)行了數值模擬Chem和 Hayhurst3通過(guò)改進(jìn)的縮核反應模型對大顆粒煤的熱解進(jìn)行了研究,此后又采用一級反應模型研究了恒溫小顆粒煤的熱解過(guò)程. Anthony等人”提出了分布活化能模型( distributed activation energy model,DAEM), olomon等人“提供的相關(guān)實(shí)驗數據表明這種模型與實(shí)際過(guò)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(guò)程中,顆粒內部的熱傳遞是反應速率的控制因素,而不是煤焦顆粒內揮發(fā)分的質(zhì)量傳遞.在多數有關(guān)煤熱解的研究中,細煤及煤粉都被認為是溫度均勻分布.然而,在移動(dòng)床氣化爐中,煤顆粒的尺寸遠大于煤粉煤顆粒的尺寸差異及煤的低熱導率導致熱解時(shí)顆粒內部產(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(guò)程的動(dòng)力學(xué)參數Zhao等人采用熱傳導方程和FGυVC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(guò)程,模型中考慮了煤熱解的熱效應但在計算中該項設為零 Adesanya和Pham建立了在對流環(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(guò)程并分析了顆粒直徑、床層溫度等參數的影響基于Huo等人提出的數學(xué)模型本文重點(diǎn)分析煤熱解熱效應和揮發(fā)分逸出所引起的對流換熱對顆粒內部溫度的變化和揮發(fā)分析出速率的影響并詳細討論煤顆粒尺寸及揮發(fā)分含量對煤顆粒升溫歷程和熱解過(guò)程的影響1數學(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(zhù)顆粒內部傳熱傳質(zhì)現象的發(fā)生通過(guò)對劉易斯數3的分析可知顆粒內部的傳熱是煤熱解過(guò)程的速率控制因素,因而本文重點(diǎn)關(guān)注顆粒內部的傳熱揮發(fā)分析出速率與顆粒溫度的變化歷程有著(zhù)十分緊密的聯(lián)系當溫度在650℃以下時(shí),熱解反應是吸熱的2.熱解產(chǎn)生的揮發(fā)分物質(zhì)會(huì )在顆粒內部產(chǎn)生氣流,導致氣體逸出時(shí)產(chǎn)生對流換熱現象煤顆粒尺寸的變化是復雜多樣收稿日期:2013-03-22;修回日期:2013-06-11基金項目:國家自然科學(xué)基金(51276015)資助項目作者簡(jiǎn)介:劉訓良(1973-),男,山東,博士,副教授,主要從事計算流動(dòng)及傳熱傳質(zhì)分析研究;E-mail:iuxl@me,ustb.edu.cn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)驗中得到的膨脹率峰值為110,當顆粒升溫超過(guò)這個(gè)溫度范圍顆粒中揮發(fā)分劇烈析出形成的鼓泡開(kāi)始破碎導致顆粒收縮而 Adesanya和Pham0通過(guò)實(shí)驗觀(guān)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學(xué)模型變得十分復雜為方便研究,本文借鑒文獻[3]中的作法,認為煤顆粒為球形,在熱解過(guò)程中煤顆粒尺寸保持不變,忽略熱解過(guò)程中的顆粒破碎及其他任何由二次反應所致的形狀改變,假設水分的蒸發(fā)與煤顆粒揮發(fā)分析出同時(shí)進(jìn)行,認為水蒸氣為揮發(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)量分數表示)隨時(shí)間r的關(guān)系由分布活化能模型DAEM給出:="-aayo---nm、(E-B2)質(zhì)量守恒方程d(p/p)- dv其中ρ°為初始煤顆粒密度3)熱傳導方程pc0(/427+s其中S為源項包含煤熱解吸熱效應及揮發(fā)分氣體逸出時(shí)的對流換熱效應,dv Qc at=p"△H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)生于顆粒內部的各個(gè)區域,由于顆粒溫度分布的不均勻性,揮發(fā)分在各局部區域的析出速率不同在r處的質(zhì)流率可由下式得到Q=[4m/"p煤顆粒的導熱系數和比熱容取自文獻[10]A=0.23,T≤673K,(6)A=0.23+2.24×103(T-673)1,T>673K,=1254,T≤623K,=1254-1.75(T-623),T>623K.4)邊界條件顆粒中心0(8)顆粒表面=h(T,-Tn)+6,0(T-TR),(9)其中T和Tn分別為環(huán)境溫度和顆粒表面溫度,6,為煤顆粒系統發(fā)射率,h表示顆粒與外界的對流換熱系數,它可由Nu數得到,表達式如下0u=2.0+fRe2 Pr(10)式中∫為修正系數取值為0.6到1.8.采用有限容積法(FVM)離散導熱方程離散后的代數方程組采用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)是計算的難點(diǎn)由于其表達式是關(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揮發(fā)分析出量的影響作用,而熱解的熱效應和揮發(fā)分逸出引起的對流換熱又會(huì )影響顆粒的溫度分布,呈現出復雜的傳熱傳質(zhì)耦合特性DAEM的雙重積分表達式采用梯形算法求解.數值模擬的程序編碼基于 Visual c++平臺開(kāi)發(fā)顆粒半徑方向網(wǎng)格數為50,時(shí)第1期劉訓良等:煤顆粒熱解的傳熱傳質(zhì)分析間和活化能的積分步數分別取200和30時(shí),計算程序在 Pentium4(3.0GHz)型個(gè)人電腦上的運行時(shí)間為40s數值模擬所需的相關(guān)參數在表1中列出表1模型用到的參數Table 1 Input parameters in model煤顆粒煤顆粒初煤顆粒初始周?chē)鷼怏w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溫度溫度T,能E0熱容c出量v應熱△Hm/(kg:m)℃℃/(k,md-)/小(kgk)-)/w%/(劃·kg)85046.719);53.419);251139023.8H4數學(xué)模型的驗證為了驗證模型將模擬得到的溫度變化曲線(xiàn)和揮發(fā)分產(chǎn)量曲線(xiàn)同實(shí)驗結果03對比.如圖1所示,對于顆粒尺寸在100到150μm的 Pittsburgh8號煤而言,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(wú)灰基,以下同),在1000℃時(shí)值為53w%計算時(shí)采用的參數k=2×1016s-1,E0=251 k]. mol及σ=21.4 k]. mol.對應于加熱速率為1℃·s和1000℃·81,平均相對誤差分別為24%和48%從圖中可以看出,通過(guò)模型預測的結果與實(shí)驗數據吻合的很好5,這也意味著(zhù)DAEM在不同的加熱速率下都能較好的描述煤的熱解過(guò)程將大顆粒煙煤在對流換熱環(huán)境中的揮發(fā)分演變過(guò)程和溫度變化趨勢的模擬結果同發(fā)表的實(shí)驗數據0進(jìn)行了比較,如圖2所示,實(shí)驗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)驗條件下測得的最終揮發(fā)分含量為23.8w%.對于顆粒尺寸分別為D=10.2mm,13.5mm,16mm的煙煤,其溫度平均相對誤差分別為5.2%,3.2%及3.9%,揮發(fā)分析出的模型預測值平均相對誤差為5.8%計算中DAEM參數取值如下:k=1×106s-;E0=251 kJ. mol';a=39.2 k]. mol-.由此可見(jiàn),模型預測值與實(shí)驗數據符合較好.式(10)中的修正系數∫的取值對不同直徑的顆粒略有差異,以使模擬值與實(shí)驗結果相吻合,對于細顆粒煤,如 Pittsburgh8號煤粉,f=1.6;而對于直徑大于1mm的煤顆粒,∫=1.2Model predcticModel predation--13.5mm---.16 mmExperimental dataExperimental data口10.2mm△13.5mm0.11000°s12003004005006007006009001000圖1模型預測煤粉揮發(fā)分析出量與實(shí)驗數據15圖2大顆粒煤中心溫度模型預測值與實(shí)驗數據0Fig. 1 Model predicted volatile yields of pulverized coalFig 2 Model prediction of centre temperature of largeand experimental data 15Jperimental data?2結果和討論本節分析煤熱解熱效應和揮發(fā)分逸出時(shí)的對流換熱對于煤顆粒溫度變化和揮發(fā)分析出過(guò)程的影響,并討論顆粒尺寸、揮發(fā)分含量對煤顆粒升溫歷程和揮發(fā)分析出過(guò)程的影響.2.1顆粒溫度和揮發(fā)分析出針對顆粒直徑D=16mm的大顆粒煤,選取了三個(gè)不同位置的區域即核心(r=0mm),中間層(r=計算物理第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顯示不同區域的溫度和溫升速率的變化曲線(xiàn)由圖可見(jiàn)顆粒外層溫度在初始時(shí)溫度升高很快,在溫度達到約250℃后變得平緩,而溫升速率在加熱初期即快速衰減對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后達到峰值,然后開(kāi)始緩慢下降.對于顆粒核心及中間層而言溫度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)相似,因此溫升速率曲線(xiàn)也相似.這是由于顆粒的熱容量從外層到核心逐步減小,從而導致顆粒內層區域的升溫歷程與外層區域有較大差異500Local temperaturecoremiddle layerexternal laverRate of temperature- middle laver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Fig3 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(xiàn)揮發(fā)分產(chǎn)生速率曲線(xiàn)均呈拋物線(xiàn)形,三條曲線(xiàn)的最大值出現在不同時(shí)間從某種意義上而言,在顆粒內部好像存在反應前沿,類(lèi)似于縮核反應模型3.在揮發(fā)分產(chǎn)生速率達到最大值時(shí)對應的顆粒溫度分別為(如圖3):外層421℃,中間層457℃,核心處44℃.這意味著(zhù)隨著(zhù)煤熱解反應在整個(gè)顆粒內部的持續進(jìn)行,越是處于顆粒內層,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間為420~470℃,這與前人發(fā)表的煤熱重實(shí)驗結果6-所呈現的規律相同.與溫度變化曲線(xiàn)相似,顆粒中間層和核心處的揮發(fā)分析出規律非常相近0.0014r Rate of volatile released.0012--middle layerexternal layer0.0010Volatile yields-- middle layer1ols蘭0.00060.100.00040.0500002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熱解熱效應及揮發(fā)分逸出換熱的影響煤熱解熱效應和揮發(fā)分逸出時(shí)對流換熱的共同影響使得顆粒內部傳熱變得復雜·為了闡明上述兩種因素對于煤顆粒熱解過(guò)程的影響,采取以下三種方式分別進(jìn)行模擬:方式1,二者影響都考慮;方式2,只考慮煤熱解吸熱效應,忽略揮發(fā)分逸出對流換熱的影響;方式3,二者都不考慮.圖5給出了三種方式下直徑D=第1期劉訓良等:煤顆粒熱解的傳熱傳質(zhì)分析6316mm的煤顆粒熱解過(guò)程中局部溫度和揮發(fā)分產(chǎn)量的變化曲線(xiàn).由圖可見(jiàn),方式2與方式l模擬得到的變化曲線(xiàn)幾乎重合,表明揮發(fā)分氣體逸出時(shí)對流換熱的影響不明顯.而方式3與方式1的模擬結果有明顯差異,說(shuō)明煤熱解的吸熱效應對于煤顆粒熱解過(guò)程的影響較大,尤其是在200s到400s的時(shí)間段內顆粒的核心處.在這段時(shí)間,煤揮發(fā)分析出量急劇增加,從而影響傳熱和熱解過(guò)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%7000.20D=16mmp=23.8wt%D=16mmp=23.8wt%Case 10.15--core-D-extermal layer--external layerCase 2Case 2010-o-external layerExternal layerCase 3CiD-core-C-coreexternal laver-i-extermal layer/sa)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:煤熱解效應和揮發(fā)分逸出對流換熱影響都考慮;方式2:只考慮煤熱解效應;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 mmIn Case 1, influences of heat of pyrolysis and transpirational convection of volatile are both taken into accorOnly endothermic effect of pyrolysis is considered in Case 2. While in Case 3, none of them is considered.2.3揮發(fā)分含量的影響針對揮發(fā)分含量更高但相同尺寸的煤顆粒進(jìn)行了模擬,結果如圖6所示.盡管顆粒的揮發(fā)分物質(zhì)含量高達70%,但忽略逸出時(shí)對流換熱的影響作用,在整個(gè)熱解過(guò)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)對流換熱的影響作用將進(jìn)一步降低.因此認為揮發(fā)分氣體逸出時(shí)對流換熱的影響可以忽略D=16mm*=23.8wt%irexternal layerCase 3一core△ external layer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煤顆粒尺寸的影響基于以上分析,對于顆粒尺寸的影響研究只考慮方式1和方式3.直徑D=10mm的煤顆粒的模擬結果計算物第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(xiàn)如圖8所示由圖可見(jiàn),隨著(zhù)顆粒尺寸的減小,煤熱解的吸熱效應對顆粒內部傳熱和熱解過(guò)程的影響變小.對于直徑D=0.2mm的煤顆粒,方式1和方式3的模擬結果沒(méi)有太大區別對于直徑D=2mm的煤顆粒,在加熱初期的8s內其表面和核心仍有20℃以上的溫差,而對于直徑D=0.2mm的煤顆粒,在0.2s內顆粒表面和核心的溫差迅速減小并接近零這意味著(zhù),當顆粒尺寸小于0.2mm時(shí),熱解熱效應和揮發(fā)分逸出的對流換熱效應均可忽略,在很短的時(shí)間內顆粒表面和核心處溫度趨于相同因此推斷,在加熱過(guò)程中,顆粒直徑D<0.2mm的煤粉可以看作溫度均勻的顆粒,熱解熱效應亦可忽略.另方面,對于直徑D>2mm的大顆粒煤而言,達到熱平衡(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,而對直徑D=0.2mm的小顆粒煤或尺寸更小的煤粉而言,達到熱平衡的時(shí)間較短,而揮發(fā)分完全析出需要更長(cháng)的時(shí)間D=16mm=23.8wt%external layerCase 3external laver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 mm0.25D=16mmp=23.8wt%0.15D=16mm=23.8wt%coreexternal layerCase 30.10extermal layercoreCase 3external layer-O core-o external layer0050.100.150.200.250.300.350.400.10.20.3040.50.60.70.80.91.0(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(bFig8 Local transient temperature (a)and volatile yields(b)of a coal particle with diameter of 0. 2 mm3結論考慮煤熱解熱效應及揮發(fā)分逸出對流換熱的影響,對煤顆粒的熱解過(guò)程建立數學(xué)模型通過(guò)數值模擬研究了煤熱解過(guò)程中顆粒的局部溫度變化及揮發(fā)分析出的規律,對于所模擬的條件,主要得到如下結論:1)在加熱初始階段,直徑D=16mm的煤顆粒核心處和表面處的溫差可達200℃以上經(jīng)過(guò)約600s,二者的溫差會(huì )降到10℃以下.揮發(fā)分析出速率較快的溫度區間為420℃-470℃,越是處于顆粒內層,揮發(fā)分第1期劉訓良等:煤顆粒熱解的傳熱傳質(zhì)分析65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)分析出規律均與核心處相似2)對于直徑D=16mm的煤顆粒而言,即使最終揮發(fā)分析出量高達70wt%,氣體逸出時(shí)的對流換熱效應仍可忽略,但熱解熱效應的影響不能被忽略,它有助于準確預測煤顆粒內部的溫度分布熱解熱效應的影響隨顆粒尺寸的減小而減弱,對于直徑D<0.2mm的煤顆粒而言,熱解熱效應的影響可以忽略不計3)顆粒尺寸對于煤的傳熱過(guò)程的影響是顯而易見(jiàn)的.對于對流環(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)間才能達到溫度均勻,達到熱平衡的時(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即可達到溫度均勻,因而可以采用集總參數法進(jìn)行研究,而揮發(fā)分完全析出比達到熱平衡需要更長(cháng)的時(shí)間符號說(shuō)明煤顆粒比熱容,J(kg·K)ˉ揮發(fā)分比熱容,J(kgK)D——煤顆粒直徑,mmE—表觀(guān)活化能, k].molE0—平均活化能, kJ molh——對流換熱系數,W·(m2…K)k?！盖耙蜃?s1S—能量守恒方程中源項,W·m3Q—揮發(fā)分質(zhì)流率,kgs△H——單位質(zhì)量熱解反應熱,k·kgr——軸坐標,mR——煤顆粒半徑,mm;通用氣體常數,J(molK)1煤顆粒溫度,V—時(shí)間r所產(chǎn)生揮發(fā)分的累積量(以原始煤的質(zhì)量分數表示v—一當t→∞時(shí)V的值希臘字母p—煤粒密度,kg:m3卩—環(huán)境氣體密度,kgm加熱時(shí)間,A—煤粒的導熱系數,W·(mK)σ—標準差,kmol';黑體輻射常數,567×10W·m-2,K系統發(fā)射率參考文獻1] Anthony D B, Howard J B. Coal devolatilization and hydrogasification [J]. AIChE J, 1976, 22:625-6562] Higuera F J. Numerical simulation of the devolatilization of a moving coal particle [J]. Combust Flame, 2009, 156: 10233]Chen J S, Hayhurst A N. A model for the devolatilization of a coal particle sufficiently large to be controlled by heat transfer[]. Com bust flame,2006,146:553-5714]Chern J S, Hayhurst A N. A simple theoretical analysis of the pyrolysis of an isothermal particle of coal [J]. Combust Flame2010,157:925-933[5] Anthony D B, Howard J B, Hottel H C, Meissner H P. Rapid devolatilization of pulverized coal [c]/15th IntemationalSymposium on Combustion, Pittsburgh: Combustion Institute, 1975: 1303-1317[6] Solomon P R, Serio M A, Carangelo R M, Markham JR. Very rapid coal pyrolysis [J].Fuel,1986, 65:182-194[7] Sadhukhan A K, Gupta P, Saha R K. Modeling and experimental studies on single particle coal devolatilization and residual計算物理第31卷char combustion in fluidized bed [J]. Fuel, 2011, 90[8]Fu W, Zhang Y, Han H, Duan Y. A study on devolatilization of large coal particles [J]. Combust Flame, 1987, 70: 253266[9] Zhao Y, Serio M A, Solomon P R. A general model for devolatilization of large coal particles [C]/26th SymposiumInternational)on Combustion, Pittsburgh: Combustion Institute, 1996, 3145-3151[10] Adesanya B A, Pham H N. Mathematical modelling of devolatilization of large coal particles in a convective environment [JIFuel,1995,74(6):896-902.[11] Huo G, Tian W, Xu W, Cheng H. Devolatilization model of large coal particles in moving bed [J]. J Shanghai JiaotongUniversity,2001,35(5):733-736[12Merrick D. Mathematical models of the thermal decomposition of coal 2 Specific heats and heats of reaction [J]. Fuel1983,62:540-546[13] Sadhukhan A K, Gupta P, Saha R K. Modeling and experimental investigations on pyrolysis of large coal particles [J]Energy Fuels,2011,25(12):5573-5583[14]Donskoi E, McElwain D L S. Approximate modelling of coal pyrolysis [J]. Fuel, 1999, 78: 825-835[15] Gibbins-Matham J, Kandiyoti R. Coal pyrolysis yields from fast and slow heating in a wire-mesh apparatus with a gas sweep[J. Energy Fuels, 1988, 2: 505-511[16] Zhu X, Zhu Z, Zhang C. Study of the coal pyrolytic kinetics by thermogrametry [J]. J Chemical Engineering ChineseUniversity,1999,13(3):223-228.[17] Ping C, Zhou J, Cheng J, Yang W, Cen K. Research on the pyrolysis kinetics of blended coals [J]. Proceedings of the CSEE( China),2007,27(17):6-1[18] Yang J, Zhang Y, Cai N. A comparison of a single reaction model with a distributed activation energy one based on coalpyrolysis kinetics [J]. 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, ChiAbstract: A mathematical model is developed to analyze numerically coal pyrolysis and heat transfer inside a heated coal particleosition 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 wereKey words: coal pyrolysis; heat and mass transfer; mathematical modelReceived date. 2013-03-22: Revised date: 2013-06-ll