近日，宁夏大学化学化工学院含碳基质高温气化团队在燃烧领域国际顶级期刊《Combustion and Flame》上发表了题为“Visualization and modelling study of reaction and heat transfer during gasification of single coal/char particle on slag wall”的研究论文，该研究通过高精度可视化技术与数学建模，揭示了熔渣-颗粒界面的传热行为与反应特性，为提升气流床气化炉能效、减少碳排放提供了关键理论支持。论文的第一作者为宁夏大学化学化工学院硕士生白静云，通讯作者为宋旭东副研究员、白永辉教授与于广锁教授。

图1. CH*二维分布代表性图像处理过程（a）原始图像；（b）提取的图像的一部分；（c）删除背景后的图像；（d）CH*强度的二维分布；（e）随着时间的推移峰值强度变化。

图2.熔渣壁面颗粒温度二维分布处理过程（a）原始图像；（b）提取图像的一部分；（c）颗粒温度的二维分布；（d）随着时间的推移颗粒温度的变化情况。

煤气化是高效利用煤炭资源的核心技术之一，广泛应用于煤制油、煤制甲醇等化工生产。在气流床气化炉中，煤颗粒与熔渣壁的相互作用直接影响气化效率。然而，颗粒在熔渣壁面的反应机制复杂，尤其是低温颗粒与高温熔渣界面的传热与反应动力学尚未被系统揭示。团队创新性地将高速摄像机与430nm带通滤波片结合，成功捕获了单颗粒煤/焦炭在气化过程中释放的微弱CH*自由基信号。通过改进的MATLAB图像处理算法，实现了对颗粒反应过程毫秒级动态的精准分析，获得了CH*释放与温度分布的二维时空图谱。基于收缩核心模型，建立了考虑熔渣传热的改进模型，量化了颗粒温度随时间的变化规律。模型验证表明，计算温度与实验值高度吻合，误差率低于5%。

本研究通过多学科交叉技术，实现了单颗粒气化反应的可视化与定量分析，为煤气化工艺的精细化控制奠定了基础。项目受国家自然科学基金（22108132、U21A20318）及宁夏自然科学基金（2023AAC01001）资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2025.114063