洁净煤技术

作者：张海, 刘文扬, 曹俊杰, 吴坤民, 罗赛贝, 范卫东

关键词：煤粉富氧燃烧,煤热解,跨尺度模拟,分子反应动力学模拟,量子化学计算

煤粉富氧燃烧技术作为实现燃煤电站二氧化碳高效捕集的关键途径，凭借其在碳减排领域展现出的巨大潜力，已成为全球能源与环境领域的研究焦点。在当前我国以煤为主的能源结构下，深入解析煤粉在富氧燃烧条件下的复杂反应网络与微观作用机制，对推进煤炭资源清洁高效利用具有重要意义。然而传统试验研究方法受限于宏观特性统计与微观反应细节的关联缺失，难以精确揭示不同因素对煤粉热解与燃烧过程的影响机制以及反应过程中分子层面的动态演变规律。近年来，随着计算化学的快速发展，基于反应分子动力学（ReaxFF MD）与密度泛函理论（DFT）的跨尺度模拟方法，为突破这一技术瓶颈提供了全新的研究范式。在研究对象方面，从煤的三维网格结构模型出发，拓展至类煤基质结构模型。基于分子以及量子化学的跨尺度研究，详细梳理了煤粉热解与燃烧过程中的产物释放规律，氮元素迁移特性以及主要反应机理；系统阐释了富氧燃烧特征气氛（CO2、H2O）对煤热解与燃烧过程的影响机制；深入探讨了在富氧条件下煤中特征组分（特征电子基团、金属原子）的作用机理。最后就揭示复杂煤结构内部反应过程、反应力场开发、分子模型修正等问题，对分子与量子跨尺度模拟进行了总结与展望，力图为新型富氧燃烧技术的开发奠定理论基础。

来源：2025年第2期

《洁净煤技术》期刊编辑部

查看洁净煤技术杂志2025年第2期