基于Model-fitting法褐煤自燃过程动力学的研究

针对褐煤脱水后容易自燃的特性,利用热分析技术研究褐煤自燃过程的动力学。在热重分析仪上,褐煤呈现脱水失重阶段、吸氧阶段、受热分解阶段以及燃烧阶段和燃尽阶段,其中受热分解阶段氧化反应剧烈,是褐煤自燃的主要诱因。     

加热作用对褐煤自燃过程影响的红外光谱研究

 利用原位傅里叶红外光谱仪实时在线测试了褐煤分别在通入氮气和氧气的程序升温条件下主要活性官能团的变化规律,通过对比分析研究了程序升温的加热作用对煤氧化过程产生的影响。结果表明：在这两种气氛条件下各主要活性官能团都呈现先减少后逐渐增加的连续变化趋势;仅靠程序升温的加热作用也会导致煤自身发生反应,但是加热作用对煤中官能团变化的影响与氧化条件下的影响趋势是一致的。     

基于等效氧化暴露时间理论的褐煤自燃特性研究

为研究堆积褐煤自燃特性,通过开放式恒温实验获得不同体积立方体褐煤(边长分别为0.05,0.1,0.15和0.25 m)内部升温曲线、临界自燃着火点温度(Tc)和表观活化能等特征参数。基于等效氧化暴露时间(EOET)理论,针对实验条件建立均质多孔介质的多场耦合数学模型,并通过实验结果验证了数值模拟的合理性,从而掌握了实验无法获得的温度场、氧浓度场和渗流场的动态分布。通过实验将褐煤升温过程划分为4个阶段。结合实验及数值模拟明确了煤体热量产生与传递、水分蒸发与运移、氧气消耗与运移、自然对流等多种因素的耦合关系,探讨了升温过程中相对EOET与产热加速率的负相关关系。进而对大型煤堆自燃状态进行模拟,验证了煤堆临界自燃着火点温度实验式的合理性。     

复合阻化剂抑制褐煤氧化自燃的实验研究

针对单体阻化剂对褐煤自燃效果单一问题,对单体阻化剂氯化镁、磷酸二氢铵和低聚磷酸铵进行了正交复配,并对煤样进行了阻化处理和程序升温实验,研究了褐煤阻化前后指标气体CO的变化规律,并以前期和后期阻化率为评价指标,分析了不同配比的阻化效果。实验结果表明,效果最好的复合阻化剂配比为28 g的Mg Cl2、8 g的NH4H2PO4、12 g的APP,其复合阻化液质量分数为20%。     

宋集屯露天煤矿褐煤自燃及防治措施

褐煤极易自燃且不易预防和处理,通过宋集屯露天煤矿对褐煤自燃防治与治理,总结出处理褐煤自燃的一些防治措施。     

褐煤自燃机理及阻化剂防自燃技术进展

我国褐煤资源储量丰富,但褐煤,尤其提质后褐煤极易发生自燃.从褐煤的化学结构和孔隙特征等角度分析了其自燃机理,综述了卤盐吸水液、铵盐阻化液、氢氧化钙阻化液、硅凝胶和高聚物阻化剂等常用防自燃阻化剂,对它们的作用原理和阻化效果进行了详细阐述,并指出了这些阻化剂存在的局限性,提出了阻化剂防自燃技术的发展方向.     

二次氧化煤自燃过程关键官能团的转变规律

为掌握二次氧化过程中关键官能团转变对煤自燃的影响,分别采集新疆艾维尔沟气肥煤和 新疆硫磺沟长焰煤,在不同预氧化温度(100,200,300,400 和 500 °C)下对 2 种煤样进行处理,氧化 时间为 40 min,并以原煤作为对照组,开展二次氧化煤样热重和原位漫反射红外光谱试验研究。 通 过热重实验分析煤样热失重过程(30~800 °C),基于质量变化速率为 0 的 3 个特征温度(T2,T5, T7),将煤样氧化过程划分为 3 个阶段。 通过原位漫反射红外光谱仪分析了煤样升温过程中(30~ 300 °C)关键官能团的变化情况。 结果表明:在煤氧反应中羟基的主要反应温度范围是 Tc ~T1(Tc 为常温,T1为临界温度),氧化反应后期羟基含量基本不变。 其中羟基含量增加量最大的煤样分别 为 L500( 预氧化温度为 500 °C 的硫磺沟煤样) 和 A400( 预氧化温度为 400 °C 的艾维尔沟煤样) 。 脂肪 烃、芳香烃和含氧官能团主要反应阶段为 T2 ~ Tz( T2 为干裂温度,Tz 为终止温度) ,当温度小于 T2 时, 这几种官能团参与反应程度较小。 经过不同的预氧化温度处理后,煤样关键官能团含量变化差异 明显。 过高的预氧化温度会使煤中脂肪烃、芳香烃和含氧官能团含量减少。 对比不同预氧化温度 下煤样的官能团变化,发现预氧化温度为 200 °C 时,煤分子中芳香烃、含氧官能团和脂肪烃都达到峰值。     

Starink法在煤氧化自燃过程中的应用

为研究煤氧化自燃的反应机理,对4种不同煤样进行热重实验取得TG-DSC曲线,运用Starink法求解出煤样在达到着火点之前的表观活化能,对煤的氧化自燃过程进行研究。研究结果表明:煤的氧化自燃过程大致分为失水、氧化和燃烧3个阶段,煤的氧化阶段对煤的自燃起到关键性的作用,并且煤在氧化阶段的表观活化能随温度的升高而逐渐升高。煤样的吸氧量的大小与氧化阶段的最大表观活化能成反比,越容易发生自燃的煤样,吸氧量越大,氧化阶段的最大表观活化能越小。因此可以采用煤氧化阶段的最大表观活化能作为一项指标鉴定煤自燃倾向性。     

内蒙古胜利褐煤制备半焦及燃烧性能研究

为了探索内蒙古胜利褐煤半焦的燃烧性能,基于对褐煤煤质分析,在不同热解温度下制备半焦;分析不同的热解温度对半焦性质的影响,并通过热重分析研究其燃烧失重特征。试验结果表明:热解温度对半焦产率有很大影响,随着热解温度的升高,半焦产率下降;在燃烧温度为400~600℃时,半焦燃烧反应非常剧烈,随着燃烧温度的升高,半焦燃烧失重量减小。在试验温度范围内,热解温度为500℃时制备的半焦燃烧性能最好。     

煤自燃过程温升特性及产生机理的实验研究

为了研究煤在自燃过程中会出现温度上升突然加快所产生的原因,为煤矿现场煤炭自然火灾的防治工作提供理论依据,采用绝热法、程序升温法对北皂褐煤氧化过程中自热升温特性、耗氧、CO,CO2气体产物特性的研究,提出煤的氧化过程具有分阶段性,主要可以分为2个阶段:低温缓慢氧化阶段和高温快速氧化阶段;并采用原位傅里叶红外光谱实时连续地采集了北皂褐煤表面主要活性官能团在氧化过程中的变化规律。实验结果表明:煤的分阶段特性主要是由于OH的反应导致的,OH反应吸热是低温阶段热量难以积聚的主要原因,当OH反应消耗殆尽时,煤中热量迅速积聚,煤温迅速升高。     

炭化粉自燃氧化规律研究

为了对煤质活性炭生产过程中的副产物炭化粉的氧化特性进行研究,采集生产所用的原煤和炭化粉,采用扫描电镜实验、氮吸附实验、热重实验、傅里叶变换红外光谱实验及非线性热动力学方法,对样品的孔径结构、特征温度、活性官能团及表观活化能的变化进行分析计算。结果表明：经过炭化工序处理,炭化粉的孔径结构和比表面积较之原煤更为发达;在同一升温速率下,炭化粉着火点温度和氧化速率最大点温度均低于原煤;炭化粉中脂肪烃、部分含氧官能团及芳香烃含量较之原煤减少,羟基含量增大;炭化粉的表观活化能小于原煤。综合分析表明,炭化工序可导致炭化粉的氧化自燃性增高,研究结果可为炭化粉自燃的防治与综合利用提供理论依据。     

多层流化床褐煤热解半焦特性与自燃倾向性抑制

为揭示多层流化床热解用于褐煤提质的技术优势,利用多层流化床热解实验装置在不同床层数的操作模式下连续进料制备半焦产品,并评价其特性与自燃倾向性。随着多层流化床床层数由单层增加为3层,半焦的燃点从369.2℃显著增大到459.6℃,自燃倾向性判定指数从880增大到1 953(1 200为转折点),表明褐煤半焦的自燃倾向性显著减低,由"自燃"转化为"不易自燃"。与单层流化床直接部分气化相比,经多层流化床(两层以上)的上部热解和底部部分气化,延长了煤在热解段的停留时间,所制备的褐煤半焦其挥发分含量大幅降低,表面官能团大部分被脱除,使得褐煤半焦的稳定性显著提高。     

采用快速氧化实验研究大同煤的自燃特性

采用辅助热源外加热实验装置,得到了煤样快速氧化的温升速率、耗氧速率、一氧化碳以及二氧化碳气体生成速率;根据实测的自燃过程特性参数,将煤低温氧化过程分为潜伏期阶段和自热期阶段.潜伏期阶段氧气消耗量较少,自热期阶段会生成大量的一氧化碳和二氧化碳气体.在低温氧化过程的2个阶段,分别确定出煤氧化的耗氧速率计算表达式,得到了煤低温氧化过程的动力学参数活化能和指前因子.     

煤自燃氧化升温过程特性参数及标志气体研究

为了预防任楼煤矿52煤层自然发火,做好煤自燃发展程度的前期预测,准确预报工作,采用煤自燃程序升温试验,测试分析了52煤层煤样的耗氧速率、CO、CO2和CH4产生率等特性参数变化规律,以及CO、CH4、C2 H6、C2 H4等气体随煤温变化规律,确定了煤自燃标志气体.结果表明:52煤层煤样耗氧速率、CO、CO2和CH4产...     

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。     

煤堆自然发火的试验研究

针对地面煤体自燃的原因和特点,进行了为堆自然发火的模拟试验,根据实验结果论述了煤体自热与自燃进程、温度场等的变化特征。实验研究发现：露天自然煤堆受环境因素影响较大;煤堆内部与表面温度的变化是一个动态的逆向过程,煤体的温升和延燃主要是向上;同一点的温度随时间呈幂指数规律变化,同一时刻不同部位的温度随其距热源的距离呈负指数规律变化。     

采用绝热式自燃测试方法分析煤的自燃倾向

对煤的自燃倾向进行快速有效鉴别,有助于对煤的自燃倾向采取分级分类管理从而有效防治煤矿火灾,因而采用绝热式自燃测试方法对煤的自燃倾向进行准确分析很有必要。简要介绍绝热式自燃测试方法的测试原理及其仪器结构,模拟煤炭自燃的物理过程,通过采用包括反应器、气体预热铜管和跟踪温度控制方式等综合绝热措施以实现300 g煤样的自然发火实验,记录煤样从40℃上升到70℃的升温速率(或前30 h的升温速率),测试煤样的自燃特性曲线并分析曲线特征。即建立煤绝热氧化产热速率计算模型,结合实验数据计算所得的煤在绝热氧化条件下的升温速率和产热速率可鉴定煤自燃倾向性的强弱。采用绝热式自燃测试方法对不同煤的自燃倾向分析后表明,无烟煤和部分烟煤的自燃倾向较低,褐煤的自燃倾向较高,故而在煤矿开采时需特别注意褐煤的自燃倾向。     

煤自然发火期预测模型研究

通过对煤自燃过程及总参数的理论分析,得出煤体自然发火期与表征外界散热条件的毕渥数Bi、表征煤体散热性的煤体导温系数α和表征煤体放热性的参数A有关．根据大型煤样自然发火实验台(1．5t)的测定结果,求出与发火期相对应的煤体等效放热强度,并拟合出等效放热强度与表征煤体自燃性强弱的特征放热强度的函数关系,从而建立了实验条件下煤体自然发火期预测模型,该预测模型中未知参数少,易确定,预测误差小于15％．     

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.     

利用热重法研究不同氧浓度对煤自燃特性的影响

煤自燃受到多种因素影响,为了研究煤与氧气反应的机理,通过热重(TG)实验测试了褐煤、1/3焦煤和无烟煤在不同氧气体积分数条件下的自燃特性,分析了煤样氧化过程的特征温度、质量损失、热效应及热反应动力学参数。研究结果表明:不同煤阶的煤样对氧气的化学响应特征不同,煤阶越高,越难以发生氧化反应,体现为特征温度增大,放热峰值减小,并且向高温区域偏移;随着氧气体积分数的增大,煤更易与氧气发生反应,褐煤、1/3焦煤和无烟煤的放热量分别增加到14 131、11 424、12 263 J/g;对煤受热剧烈反应的分解燃烧阶段进行分析,发现煤阶越高,其表观活化能越高,不同氧气体积分数条件下各煤样的表观活化能呈波动变化。