煤泥燃烧动力学机理研究的新方法探讨

采用热分析法对程序升温条件下煤泥燃烧反应进行动力学研究,综合运用模式配合法和无模式法,推断出煤泥燃烧的最概然反应机理函数。结果显示煤泥燃烧符合Avrami-Erofeev方程模型(n=3/2)。所采用的研究方法是逐步推断、层层筛选的过程,整个推断过程综合采用多种方法,兼具各种方法的优点,几乎没有作任何假设和近似处理,以活化能为判据,可以对机理函数进行明显的区分,最后通过反算dα/dt进一步证明了所得结果是可靠的。     

高煤阶无烟煤热爆机理研究

研究了高煤阶无烟煤的热爆特性，结果表明，无烟煤的热爆性与煤种有关，其热稳定性值TS     

长焰煤燃烧特性热重实验及动力学分析

为了进一步了解和掌握长焰煤的自然发火过程,利用热重—差热同步热分析仪对唐家会矿长焰煤进行热重实验,分析了不同氧气体积分数及升温速率下煤样的TG、DTG曲线、特征温度、DSC、DDSC曲线和热反应动力学参数。结果表明,同一氧气体积分数下,升温速率增大时TG、DTG、DSC、DDSC曲线的变化趋势相同且均向高温侧偏移,而相同升温速率下,氧气体积分数增大时TG、DTG、DSC、DDSC曲线均向低温侧偏移。氧气体积分数分别为6%、12%、18%时,煤样活化能分别为187.65、194.13、200.78 kJ/mol,随氧浓度增大而增大;升温速率分别为2、5、10℃/min时的煤样活化能分别为242.94、208.51、200.78 kJ/mol,活化能随着升温速率的增大而减小。此研究结果可以为类似赋存长焰煤的矿提供防治煤自燃灾害的理论基础。     

液态CO2溶浸无烟煤的氧化动力学特征

作为温室效应的主要来源,CO₂的循环再利用成为研究的热点。在矿山灾害防治技术领域,液态CO₂在煤自燃灾害防治和煤层瓦斯置换驱替方面发挥了重要作用。低温液态CO₂(-56～-20℃)与煤体接触产生对流换热,煤体内部受到热应力作用产生损伤破坏,煤体的孔裂隙发育及比表面积发生变化,氧化过程与空气中氧的结合能力改变,氧化性发生显著变化。为了分析液态CO₂低温损伤煤体后的氧化特征,以河南永城矿区无烟煤为对象,开展热重分析实验,研究了原煤样及液态CO₂处理煤样的氧化过程特征温度,采用FWO和KAS两种非等温方法计算了氧化动力学参数,分析了液态CO₂影响煤体氧化特征。结果表明:液态CO₂溶浸后无烟煤的临界温度和干裂温度比原煤样降低了2～8℃,增速温度、失重温度、着火温度、最大失重温度和燃尽温度提前了100～140℃,各特征温度对应的失重质量百分比较原煤样降低了0.8%～10.0%。煤样在失水失重、吸氧增重、热解和燃烧4个阶段的温度跨度区间均变小,煤...     

湖泊底泥燃烧特性及其热动力学分析

湖泊底泥为沉积于湖泊水体底部的黏土、泥沙、有机质及各种矿物的混合物,因其含有较高的SiO_2、Al_2O_3等成陶成分和一定的CaO、MgO、K_2O、Na_2O等助熔成分以及部分有机物,可作为焙烧陶粒或其他烧结制品原料进行资源化利用。本文选用湖北黄石某湖泊底泥,测定其烧失量和有机质含量,采用XRF、ICP-OES和XRD研究其物化特性,并用同步热分析-质谱联用仪(TG-DSC-MS)进行热分析,对结果进行热动力学计算。结果表明:湖泊底泥的主要成分为石英、方解石、镁方解石、云母等矿物质;其中,SiO_2含量为52.3%,Al_2O_3含量为14.41%,Fe_2O_3含量为6.89%,S含量为0.39%,P含量为0.13%,以及极少量的重金属,烧失量为14.19%,有机物含量为10.86%。湖泊底泥燃烧过程中气体释放主要发生在120～750℃阶段,主要气体有CO_2、H_2O、NO、NO_2等,不同升温速率对湖泊底泥燃烧过程无明显影响;湖泊底泥的燃烧失重过程可以分为两个阶段,利用Coats-Redfern法的一级反应模型能够很好地描述湖泊底泥的燃烧过程,在第一阶段湖泊底泥活化能约为22.00kJ/mol,可为湖泊底泥烧结制品控制反应历程和研究固化机理提供参考。     

不同升温速率下无烟煤自燃特性试验研究

基于煤程序升温实验,分析了不同升温速率下对黑金煤矿无烟煤的煤自燃特性的影响,计算了不同升温速率下的耗氧量和耗氧速率,以及CO、CO2、C2H4的生成量和产生速率.发现不同的升温速率对耗氧量和耗氧速率、CO、CO2、C2H4生成量和产生速率有明显的影响.在30～130℃、升温速率在0.8℃/min时,耗氧量最大;而在13...     

贫煤氧化燃烧热效应及热动力学参数研究

为了探究贫煤煤样的氧化燃烧热效应及热动力学行为,分别采用C80微量热系统和热重实验装置对样品进行测试;分析了贫煤煤样在低温氧化及氧化燃烧过程中的热效应,同时也研究了升温速率对贫煤燃烧过程的影响,最后对煤样燃烧过程中的表观活化能和最概然机理函数进行了分析。结果表明:贫煤的低温氧化过程可划分为缓慢氧化阶段、加速氧化阶段和快速氧化阶段;随着升温速率的升高,煤样的TG/DTG曲线向高温区域移动,DTG曲线峰值升高,燃点温度升高;煤粉在热解燃烧阶段的表观活化能随转化率的增加呈现出先升高后下降的趋势,在转化率为0.2时表观活化能达到最大值,为32.4 kJ/mol;升温速率对反应最概然机理函数影响较小,4种升温速率下的反应最概然机理函数均符合A-E方程随机成核和随后生长模型,且函数曲线峰值随升温速率的升高而增大。     

煤矿运输胶带热解动力学参数研究

为构建矿井胶带火灾早期预警体系,防控巷道外因火灾事故,利用热重—傅里叶红外光谱联用实验,结合热解动力学,研究5、10、15、20 K/min 4种升温速率下胶带的热解历程。结果表明：不同升温速率下的热重(TG/DTG)曲线、气体产物等具有相似规律和趋势,随升温速率增加各参量特征值向高温方向滞后;胶带热解经历2个明显失重阶段,第一失重阶段发生交联缩聚热解反应,活化能E在105～107 kJ/mol,指前因子为15.92 min^-1,第二失重阶段发生脱链解聚热解吸热反应和挥发分氧化放热反应,活化能E在130～220 kJ/mol,指前因子为37.13 min^-1,高于第一失重阶段,两阶段热解过程可用Avrami-Erofeev方程表征。     

无烟煤在无氧程序升温过程中CO生成规律研究

为给煤矿井下火灾监测和预警提供依据,需要监测引起火灾的标志性气体浓度等。通过热重和红外实验分析了无烟煤在无氧程序升温过程中CO的产生与变化规律。结果表明,实验中无烟煤有2个阶段失重较快,第一阶段温度为30～200 ℃,该阶段无CO生成;第二阶段温度为 400～700 ℃,是产生CO的主要阶段,最高浓度约26.9×10^-6。实际生产中,采煤机滚筒截齿与煤体碰撞的瞬间产生高温,导致煤分子中的某些共价键断裂,从而产生CO,说明高速运转的滚筒截齿与煤体碰撞过程可以产生CO,从而引起火灾危险性,需引起注意。     

煤泥水煤浆燃烧特性的热重研究

采用热重分析仪研究了山西潞安煤泥水煤浆的着火、燃烧特性,并与不同低挥发分含量的水煤浆进行了对比;利用TG-DTG法确定了燃烧的着火和燃尽温度,利用Coats-Redfern法进行反应动力学分析.试验结果表明：潞安煤泥水煤浆的着火温度和燃尽温度均高于低挥发分和高挥发分水煤浆,利用可燃性指数判断潞安煤泥水煤浆燃烧性能低于低挥发分和高挥发分水煤浆.由燃烧反应动力学分析结果表明：在不同的升温速率下（12.5,33.3,50.0 ℃/min）,潞安煤泥水煤浆的活化能指数（120.89,7850,71.48 kJ/mol）均高于低挥发分和高挥发分水煤浆.     

Mechanism and kinetics of coal utilization by thermal analysis

Coals are carbon-rich materials with excellent aromatic nature and macromolecular structure. They pose great potential as the source of organic chemical feedstock and high value-added carbonaceous materials in the 21 st century. As some of the most important analytical methods, thermal analysis (TA) techniques with strong competence in materials characterization and reaction mechanism research, have been extensively employed to accumulate the knowledge about coal conversion and utilization in a most effective, efficient and responsible way. Unfortunately, some efforts did not promote the sound growth of a systematic discipline, which might arise from the intrinsic drawback of conventional TA. Proposals on acquiring much more reliable understanding of the mechanism and kinetics of reactions were made in this review.     

采用热重分析法研究煤自燃过程的特征温度

采集兴隆庄矿煤样,分别选取不同的升温速率、氧浓度、粒度等试验条件进行热重分析(TG),得出了75条相应的TG和热重微分(DTG)曲线,通过分析得出了煤自燃过程的7个特征温度,并确定出了相应的温度范围,为研究煤自燃氧化提供了具体的依据。     

基于热重的煤热解反应动力学试验研究

采用热重分析法对4种不同粒径范围内的5种不同煤样进行热解特性试验研究,以考察煤化程度和粒径对煤热解过程的影响规律,同时对其热解动力学进行了特性分析。试验结果表明,煤的热解反应活性随着煤化程度的增加而逐渐降低;煤的传质传热受到粒径影响,煤的热解总失重率随着粒径的增大而减少,但当粒径小于一定数值时,蒙东褐煤、河曲2#煤和孙家沟煤的热解总失重率反而随着粒径的减少略有增加。在热重试验的基础上建立热解反应动力学模型并求解模型参数,把握热解特征和规律,以期在一定程度上对煤炭地下气化提供相应的理论指导。     

煤的自燃倾向性新分类方法

应用热重分析仪实验研究了神东矿区不同层位和不同工作面煤的自燃特性,结果表明：煤氧化燃烧过程分为3个阶段,即升温失水失重阶段、升温增重氧化阶段、升温燃烧失重阶段.对应3个阶段的活化能分别为失水活化能、着火活化能和燃烧活化能.着火活化能是指从增重开始到增重结束转为失重的拐点处阶段的活化能,以煤的着火活化能判定煤炭的自燃难易程度的新方法.着火活化能越小煤样越容易自燃,着火活化能越大煤样越不易自燃.     

非定温热分析法在煤粉燃烧动力学研究中的应用

利用热重分析仪对煤粉进行了热失重实验研究,并获得了相应的热重特性曲线。采用单个扫描速率的Coats-Redfern法、多重扫描速率的FWO法和Starink法3种典型的热分析方法求取了各样品的动力学参数。采用热重分析仪对煤粉颗粒燃烧特性实验分析表明,样品燃烧活化能随升温速率的增大而下降,并且同一升温速率下样品的活化能随反应进行而不断减小,在反应将结束时略有增加;应采用单重升温速率法和多重升温速率法相结合来分析煤粉的燃烧机理。     

含钠磷酸盐对煤自燃抑制性能研究

为了探究含钠磷酸盐阻化剂对煤自燃氧化反应的抑制作用,以气煤作为实验煤样,选取磷酸二氢钠NaH₂PO₄和磷酸钠Na₃PO₄ 2种含钠磷酸盐化合物制备阻化剂。采用同步热分析实验和程序升温氧化实验分析含钠磷酸盐对煤自燃过程中热失重、热释放,以及气相特性的影响。结果表明:当煤自燃达到热解温度后,Na₃PO₄不再具有阻化作用;NaH₂PO₄可显著提高煤自燃的临界温度、干裂温度、着火温度等,此外,NaH₂PO₄有效提高了煤自燃初始放热温度和最大释热温度,且降低了煤自燃最大释热功率和放热量;NaH₂PO₄能够提高煤自燃过程中CO、CO₂及各烃类气体的初始生成温度,削弱其释放强度,其阻化率可达65.4%;相比于Na₃PO₄阻化剂,NaH₂PO₄阻化剂具有更好的阻化效果,且在煤自燃氧化全过程中均发挥了抑制作用。     

最低点火温度条件下煤粉自燃特性试验研究

火电厂及煤化工行业中需要将原煤加工成煤粉,煤粉在制备及输送过程中具有粒度小、环境温度高和供氧条件充分等特点,易发生自燃现象。最低点火温度Tm指在一定条件下煤粉能够发生自燃的最低环境温度,是衡量煤粉自燃危险性的重要参数。因此,研究煤粉在最低点火温度下的自燃特性参数及热动力学行为,对了解在最低点火温度时煤粉自燃行为、建立相应的预警机制具有重要意义。以3种不同变质程度的煤粉(张家卯弱黏煤ZJM、兖州气煤YZ和长治贫瘦煤CZ)为研究对象,采用油浴程序控温试验装置对煤样自燃特性进行测试,确定了3种煤粉的Tm和延迟点火时间ti;得出最低点火温度下各煤样耗氧速率、CO及C2H4产生量的变化规律;采用热动力学分析方法计算了3种煤粉的表观活化能。试验结果表明:①ZJM、YZ和CZ煤粉的最低点火温度分别为120、130、164℃,随变质程度的增加而增加;煤的变质程度越高,内部活性基团数量越少,自燃需要热量更多,导致高变质程度煤的最低点火温度较高;3种煤粉在最低点火温度处的延迟点火时间均约为20 min。②耗氧速率呈现出先增加后缓慢减少的趋势,在试验后期由于氧气浓度较低,引起煤粉氧化反应强度降低,最终导致耗氧速率出现缓慢下降;最低点火温度处的CO产生量随时间呈现出先升高后降低趋势,当煤粉温度约120℃时,产生C2H4。③最低点火温度处ZJM、YZ和CZ煤粉的表观活化能分别为24.33、29.50和18.67 kJ/mol,其中变质程度最高的CZ煤粉的表观活化能低于另外2个煤样,这表明高变质程度煤样的最低点火温度高,初期氧化反应速率较高。     

用热分析技术研究煤的自然发火

煤的低温氧化会降低煤质、产生环境污染,当采空区浮煤具备漏风供氧和蓄热条件时还会造成采空区浮煤自燃,危及工作面的安全生产。因此,加强对煤的低温氧化规律的研究是必要的。     

瓦斯爆炸火焰波热作用下矿井支护木材微观热动分析

为了得出瓦斯爆炸诱发矿井支护木材次生火灾的机理,对矿井支护木材进行了微观热动分析。基于相关学者开展相关瓦斯爆炸所测实验数据,归纳、分析了瓦斯爆炸火焰波的特性。通过建立瞬态温度场数学模型,对不同火焰波温度、不同热作用时间支护木材浅表层的瞬态温度场进行了计算、分析和验证。建立了化学反应动力学模型,开展了同瓦斯爆炸条件基本一致的不同温度、不同热作用时间下矿井支护木材居里点快速热裂解实验。对比分析了和该模型相近的相关文献数据和本实验所测数据,得出：温度在550~1 050 K时,热裂解气体平稳增加,从3.3%上升到32.1%;焦油先增大然后逐渐平缓,从1.8%上升到48.8%,最高52.6%;焦炭逐渐减小,从94.7%降到19.1%。文献数据和实验数据吻合较好。