甲烷/石墨粉与甲烷/煤粉爆炸特性对比研究

借助20 L球形爆炸系统研究了甲烷/石墨粉和甲烷/煤粉复合体系爆炸特性异同，结果表明：甲烷浓度对甲烷/石墨粉和甲烷/煤粉两相体系的爆炸特性有重要影响，当甲烷的浓度为6%（体积）时，随着石墨粉粒径的增加，甲烷/石墨粉体系的压力曲线由单峰转为双峰，三种粒径的石墨粉（D₅₀：7、18、75 μm）浓度分别在60、200、30 g/m³达到爆炸压力最大值0.691、0.657、0.611 MPa；甲烷/煤粉体系则在400 g/m³达到最大值0.724 MPa，高于甲烷/石墨粉体系。当甲烷浓度接近当量比时，三种粒径石墨粉的爆炸压力峰值均呈现逐渐减小的趋势，石墨粉的粒径越小，甲烷/石墨粉两相体系的爆炸压力峰值越小，甲烷/石墨粉体系在质量浓度为10 g/m³时达到最大值；甲烷/煤粉体系的爆炸压力则在60 g/m³时达到最大值0.776 MPa。甲烷浓度由6%增加至9%时，甲烷/石墨粉和甲烷/煤粉的爆炸火焰由不规则形状转为近似球形发展，火焰表面褶皱消失，同时两相体系的爆燃指数显著增高，当粉尘质量浓度大于30 g/m³时，甲烷/煤粉的爆燃指数大于甲烷/石墨粉体系，这是由于煤粉挥发分含量高，燃烧更为充分，且焦炭参与了爆炸过程；石墨粉本身的挥发分含量低，含碳量远超过煤粉，爆炸中仅有少部分石墨粉参与了爆炸。研究结果将对气粉两相混合物爆炸防治提供指导。     

MgH2粉尘爆炸的能量释放特性规律

为了探究MgH₂粉尘爆炸的能量释放特性规律,采用改进后的20L球爆炸泄放装置获取了其爆炸压力和火焰传播规律,并分析了现行的工业粉尘爆炸泄放标准对MgH₂爆炸泄放安全设计的适用性。结果表明,密闭条件下,MgH₂粉尘爆炸压力随粉尘浓度的升高呈现先增大后减小的趋势,在750g/m³时达到最大,爆炸指数为310.5MPa·m/s;泄放条件下泄放压力和火焰持续时间主要受MgH₂粉尘浓度影响;导管对泄放有限制作用,当导管长度从30cm增至100cm时,球内最大压力和压力上升速率分别上升了5%和9%;NFPA 68设计标准在250、500、1000g/m³时对MgH₂粉尘爆炸较为适用,但在750g/m³时,标准的预测值低于实验值。因此,仅通过现有的普通工业粉尘爆炸泄放标准对MgH₂进行爆炸泄放安全设计存在一定的安全风险。     

粉末涂料爆炸特性研究

为探究粉尘浓度对不同粉末最大爆炸压力、最小着火能量、爆炸下限等爆炸参数的影响，在 1. 2 L Hartmann管实验装置中开展了 3类粉末涂料爆炸特性实验研究，同时结合扫描电镜和粒径分析了不同粉末涂料爆炸的危险性。结果表明：黑水纹样品粉尘爆炸危险性最强，最大爆炸压力达 0. 742 MPa，爆炸下限为 25 g/m³最小着火能量在 18~28 mJ范围内；黑砂纹样品粉尘爆炸危险性相对较低，爆炸下限为 75 g/m³其中样，品 1最大爆炸压力为 0. 604 MPa，最小着火能量于 35~45 mJ范围内，样品 2最大爆炸压力为 0.6，43 MPa，最小着火能量于 91~101 mJ范围内。 3类粉末涂料爆炸最危险浓度比较接近，黑水纹样品、黑砂纹样品粉尘爆炸的最危险浓度为 800 g/m³，闪银样品为 600 g/m³。     

点火延迟时间对CO2-超细水雾的抑爆特性影响

利用20 L球爆炸实验平台,系统研究了不同点火延迟时间对CO₂-超细水雾抑制瓦斯/煤尘爆炸特性的影响。结果表明：相比单一抑爆,在CO₂-超细水雾作用下,随着点火延迟时间延长和水雾浓度增大,瓦斯/煤尘爆炸强度削弱,火焰传播速度降低,火焰亮度降低且出现下沉现象,火焰内部煤尘粒子运动状态由向心运动向旋转运动转换。10%CO₂、306 g/m³超细水雾时,在1500 ms点火延迟时的最大爆炸压力和最大压力上升速率比无水雾时分别降低了6.79%和16.14%,最大爆炸压力来临时间延长了24.47%;10%CO₂、204 g/m³超细水雾下,在2000 ms点火延迟时的最大爆炸压力和火焰平均速度比1000 ms点火延迟时分别降低了5.22%和37.5%,最大爆炸压力来临时间延长24.66%。研究结果为气液两相抑爆剂抑制瓦斯/煤尘爆炸控制参数的确定提供了技术指导。     

密闭空间内聚乙烯粉尘爆炸火焰传播特性的实验研究

采用竖直、可视粉尘爆炸火焰传播实验平台,结合粒子图像测速PIV技术测得喷粉的冷态流场分布,研究聚乙烯粉尘在密闭容器内的爆炸火焰传播特性,探讨火焰结构与锋面位置的动态变化、火焰传播速度等参数的变化规律。结果表明,在200～1000 g/m³浓度范围内,低浓度聚乙烯粉尘爆炸火焰呈不连续片羽状结构,火焰锋面呈离散的星点状。粉尘浓度增加,火焰连续性及亮度增强,锋面呈齿状,并在400 g/m³火焰最明亮,火焰平均传播速度均随粉尘浓度的增加先增大后减小。采用均方根湍流速度量化体系整体脉动幅度,浓度接近最佳爆炸浓度400 g/m³时,均方根湍流速度为3.21 m/s。     

丁二酸二异辛酯磺酸钠对甲烷水合物生长动力学特性的影响

通过改变添加量（600mg/L、900mg/L、1200mg/L）、过冷度（3.5℃、5.5℃、7.5℃）以及压力（4.90MPa、6.0MPa、7.31MPa）的方式,考察了在静态体系下绿色促进剂丁二酸二异辛酯磺酸钠（AOT）对甲烷水合物生长动力学特性的影响。实验结果表明,3种浓度下AOT均能够有效缩短诱导时间,并且浓度越大,诱导时间越小（1200mg/L时为0.21h）,但储气量随着添加量的增加,先增大后减小,最终确定最佳添加量为900mg/L,水合物储气量为55.76m³/m³;另外,过冷度越大,实验压力越高,水合物成核速度越快,诱导时间越短,耗气速率越高。当过冷度为7.5℃时,诱导时间最小为0.31h,耗气速率最大为0.275mol/h,储气量最大为63.95m³/m³;但压力过大,釜内气液界面会快速生成水合物层,阻碍水合物继续生成,导致水合物储气量减少为46.84m³/m³。所以,在静态体系下,合理选择促进剂的浓度和驱动力的大小,可显著促进水合物生成。     

MgH2粉尘火焰传播过程与热辐射特性

为了探究MgH₂粉尘爆炸火焰传播过程及其热辐射特性，采用改进后的哈特曼管装置对其进行点火实验，通过高速摄像机、热辐射仪和红外热成像仪同步记录MgH₂粉尘的火焰传播、热辐射通量和温度场变化过程。结果表明，点火后MgH₂火焰持续增长形成连续的燃烧区域，达到最大值后开始衰减并出现离散状火焰；粉尘质量浓度在150～1000g/m³范围内，火焰前锋阵面的最大传播高度和最大传播速度随着质量浓度的增大呈现出先增大后减小的规律，均在750g/m³时最大，分别达到1138mm和45m/s;热辐射通量随着粉类质量浓度的增加逐渐增大，在火球正上方的3号热辐射通量最大值达到31.7kW/m²,远高于火球两侧的1号和2号热辐射通量；火焰中心区域温度最高，向四周逐渐降低，高温区集中在火焰上部。     

高开启压力条件下粉尘爆炸泄压火焰特性

为得到高开启压力条件下粉尘泄爆过程中火焰传播特性,采用20L球形爆炸装置,在开启压力为(0.78~2.1)×10⁵Pa的条件下对粉尘浓度为400~900g/m³的玉米粉尘开展爆炸泄放试验研究。结果表明：火焰泄放过程分为点火与破膜、欠膨胀射流火焰、湍流射流火焰、湍流燃烧火焰、火焰回燃5个阶段,最大火焰宽度出现在火焰泄放过程的第2阶段,最大火焰长度出现在火焰泄放过程的第3阶段;不同开启压力下,泄爆火焰长度和火焰传播速度随时间先增大后减小;泄放火焰最大宽度变化范围为0.146~0.269m,泄放火焰的最大长度变化范围为0.41~0.666m。通过预测计算得出泄放火焰可能出现的最大范围为S_max1=0.179m²,采用MATLAB软件定量计算求得的泄放火焰可能出现的最大范围的横截面积为S_max2=0.122m²,定量计算得到的S_max2达到预测值S_max1的68%。     

生物甲烷膜分离提纯系统的设计与优化

以厌氧发酵生物气为原料生产压缩天然气是大规模利用生物质资源的重要途径。首先,在过程模拟软件UniSim Design中基于有限元方法建立了中空纤维膜的离散数值计算模型,适合于模拟渗透切割比非常高的生物甲烷膜分离过程。以单级聚酰亚胺膜分离系统为例研究了关键操作条件--膜的进料压力对处理能力、甲烷收率及压缩天然气生产单耗的影响。目前的评估体系下,提高进料压力有利于提高处理能力和甲烷回收率,而压缩天然气生产单耗在2.70 MPa时最低,为0.46 kW·h·m^-3压缩天然气。通过分析渗透气的甲烷浓度变化趋势,开发了一级二段气体膜分离系统,兼具流程简单、设备投资低、甲烷收率高、产值高的优点。以处理1000 m³·h^-1生物气为例,甲烷收率达95.0%,压缩天然气产量500 m³·h^-1。对应地,装置总投资为3.8×10⁶ CNY,年运行费用及设备折旧为1.5×10⁶ CNY,年经济效益（毛利）超过2.50×10⁶ CNY。     

CO2/海泡石抑爆剂对氢气/甲烷爆炸特性参数的影响

为了氢气/甲烷预混气体的安全使用,选用CO₂-海泡石粉体气固两相材料作为抑爆材料,通过20L球形爆炸装置测试了海泡石粉体及其浓度对氢气/甲烷预混气体的爆炸特性参数及抑制效果进行实验研究。结果表明,在不同的喷气压力下,粉体的分散性是不同的,造成了粉体最佳抑爆浓度的产生。二氧化碳单独作用下,氢气/甲烷预混气体在氢气添加比例较低时具有较好的抑制效果,对50%以上氢气添加下的氢气/甲烷预混气体的抑制效果较差。而CO₂和海泡石粉体两相抑制剂作用下复合抑爆剂对含氢气较高的氢气/甲烷预混气体具有较好的抑制效果。此外,本文结合海泡石粉体的元素组成及热解特性分析其氢气/甲烷抑爆机理。     

不同粒度谷壳糠粉的燃烧特性

为了探索谷壳糠粉的燃烧特性,基于粉尘层和粉尘云实验研究了粒径对其最低着火温度的影响,采用哈特曼管和锥形量热仪测试了不同粒径谷壳糠粉的爆炸下限和热释放性能,利用热重/差式扫描量热仪系统地研究其燃烧特性和燃烧动力学。结果表明：随着谷壳糠粉粒径的减小,其最低着火温度（MIT）和爆炸下限浓度（LEL）降低,但最大爆炸压力P和爆炸压力上升速率均增大。其中粒径为80～96μm样品的爆炸压力为0.9MPa,其粉尘层（5mm及10mm）和粉尘云最低着火温度分别为130℃和430℃,燃烧特性指数S_N达到3.82×10^-7,较粒径为180～1250μm样品提高了57.2%;在307s出现最大释热峰,且最大释热峰值强度增加至62kJ/m²,对应热解过程的反应活化能由35.35kJ/mol（180～1250μm样品）增大至51.15kJ/mol,表明其燃烧过程随粒径的减小由扩散控制转变为动力学控制过程。     

Accelerated methane storage in clathrate hydrates using surfactantstabilized suspension with graphite nanoparticles

In this study, enhanced kinetics of methane hydrate formation in the sodium dodecyl sulfate(SDS) solution with different concentrations of suspended graphite nanoparticles(GNPs) were investigated at 6.1–9.0 MPa and 274.15 K. The GNPs with rough surfaces and excellent thermal conductivity not only provided a considerable number of microsites for hydrate nucleation but also facilitated the fast hydrate heat transfer in the suspension system. At a relatively low pressure of 6.1 MPa, the suspension with 0.4 wt% of GNPs exhibited the minimum induction time of 22 min and maximum methane uptake of 126.1 cm~3·cm~(-3). However, the methane storage performances of the suspensions with higher and lower concentrations of GNPs were not satisfactory. At the applied pressure, the temperature increase arising from the hydrate heat in the suspension system with the optimized concentration(0.4 wt%) of GNPs was more significant than that in the traditional SDS solution. Furthermore,compared with those of the system without GNPs, enhanced hydration rate and storage capacity were achieved in the suspensions with GNPs, and the storage capacities were increased by 3.9%–17.0%. The promotion effect of GNPs on gas hydrate formation at low pressure is much more obvious than that at high pressure.     

运行背压变化对低压缸零出力技术安全性及经济性的影响分析

介绍了“低压缸零出力技术”的工作原理及热力系统,并针对运行背压变化对低压缸零出力技术安全性及经济性的影响进行了详细分析。结果表明：机组在低压缸零出力工况下运行时,在主蒸汽流量为1961.0t/h情况下,运行背压由0.0049MPa降到0.0029MPa,低压缸容积流量则由3387137m³/h增长到5449587m³/h,供热负荷由862.4MW增长到899.0MW,机组发电煤耗由198.7g/(kW·h)降低到186.0g/(kW·h);在主蒸汽流量为1861.3t/h情况下,运行背压由0.0049MPa降到0.0029MPa,低压缸容积流量则由3391026m³/h增长到5446086m³/h,供热负荷由821.9MW增长到858.6MW,机组发电煤耗由201.7g/(kW·h)降低到187.0g/(kW·h)。可见机组在低压缸零出力工况下运行时,通过增加低压缸的容积流量,会增强低压缸运行的安全性,因此通过适当降低机组运行背压,有利于改善机组运行的安全性,并且能够降低机组的发电煤耗,提高机组的经济效益。     

气流磨制备磷渣超细粉的研究

研究利用气流磨制备磷渣超细粉。研究结果表明,磷渣试样的比表面积随气流磨料流速度的增加而减小,随入磨气压的增加或粉碎气压的增加而增大。在料流速度为5 g/s、入磨气压为0.75 MPa、粉碎气压为0.70 MPa条件下,制备的磷渣超细粉的比表面积达到859 m²/kg、特征粒径达到5.91 μm。     

CO2-双流体细水雾抑制管道甲烷爆炸实验

搭建了尺寸为120 mm×120 mm×840 mm透明有机玻璃瓦斯爆炸管道实验平台,采用双流体喷嘴将二氧化碳和细水雾送入实验系统,从火焰速度、瓦斯爆炸超压两个方面探讨双流体细水雾的抑爆有效性。实验结果表明CO₂双流体细水雾抑制瓦斯爆炸效果显著。随着喷雾时间的延长,火焰传播速度呈缓慢增加趋势,火焰传播速度峰值大幅降低;爆炸超压曲线呈先增大后缓慢减小的趋势,超压峰值大幅降低;当CO₂压力增至0.4 MPa喷雾时间大于3 s时,经多次点火无法引爆, 说明CO₂-双流体细水雾抑制甲烷爆炸时具有协同效应,有利于提高细水雾的抑爆效率。     

含NaCl荷电细水雾对甲烷爆炸火焰传播的抑制特性

为进一步提高细水雾抑制甲烷爆炸的效率,搭建了小尺寸细水雾抑制甲烷爆炸实验平台,在普通细水雾中添加NaCl添加剂,并对其荷电,进行含NaCl添加剂荷电细水雾抑制甲烷爆炸火焰传播特性的实验研究。结果表明,含NaCl添加剂荷电细水雾对甲烷爆炸火焰传播的抑制效果,优于普通细水雾单独添加NaCl添加剂和荷电作用的抑制效果之和。随着NaCl浓度和荷电电压的增大,甲烷爆炸火焰传播速度明显减小;其中荷电8 kV、NaCl浓度12.5%的工况抑制效果最佳,甲烷爆炸火焰传播速度二次峰值较普通细水雾作用时下降了10.747 m·s^-1,下降比例高达60.26%;分析认为,在细水雾抑制甲烷爆炸火焰传播的过程中,NaCl添加剂和荷电作用之间存在相互促进抑制效果的耦合作用。