煤样粒径对煤低温氧化影响的实验研究

基于测试耗氧速率和氧化动力学参数研究煤样粒径对煤低温氧化的影响。利用煤低温氧化测试系统,测算在供应气体流量、氧含量等给定条件下四类不同粒径范围煤样升温氧化耗氧速率,同时依据基于耗氧量建立的数学模型来测算煤低温氧化时不同粒径煤样活化能和指前因子等动力学参数,结果表明不同粒径煤样低温氧化耗氧速率变化分为缓慢耗氧、浅度耗氧和深度耗氧等三个阶段,在实验条件下煤样粒径小于0．198mm的煤样更适合煤低温氧化。     

基于程序升温的煤耗氧速率与气体产物排放的相关性研究

采用程序升温实验系统,在通入流量为100 mL/min干空气的条件下将煤样加热至200℃,通过气相色谱仪对气体产物进行连续测量,得出CO,CO₂,CH₄,C₂H₄浓度随温度升高时的变化趋势.以耗氧速率与气体产物排放速率为基础,对高温氧化阶段耗氧速率与气体产物排放速率之间的关系进行线性拟合,结果表明：煤与氧的反应有利于生成CO₂而不是CO,C₂H₄产生速率与耗氧速率之间相比于CH₄存在更好的相关性.     

二茂铁作用下酒精火熄灭特性研究

为了研究二茂铁对酒精火焰的熄灭效果,采用烟气分析仪、电子天平和基于质量损失速率的热释放速率计算方法研究了二茂铁蒸气与酒精火焰相互作用时,酒精火的热释放速率和烟气中φ（O2）和P（CO）的变化规律．结果表明：载气流量为1．0m^3／h时,随着二茂铁浓度的增大,热释放速率的下降速度和φ（O2）的回升速度在增大,CO的生成量在减少;载气流量为1．0m^3／h时酒精火的热释放速率下降速度、φ（O2）的回升速度和CO的生成量比流量为0．75m^3／h时的大．增大二茂铁的浓度和载气的流量,有助于提高二茂铁熄灭酒精火的效果．     

燃油含水对燃烧特性的影响

燃油加入适量水燃烧特性会发生一定的变化,加入水量不同,燃烧特性改变程度有很大区别。加入水量越多,影响越大,影响时间也越长;不同种类燃油燃烧时受到水量影响程度也不同,通常含有相同水量时,柴油受到的影响较汽油要大。水温较低时,含水燃油燃烧的热释放速率、温度和烟气中CO2含量都较无水燃烧时有所降低,且柴油下降的幅度较汽油大。在低温燃烧时,含水汽油燃烧产物中CO含量较无水燃烧时低,高温燃烧时较无水时高;而含水柴油在低温和高温燃烧时,燃烧产物中CO都比无水燃烧时高。含水柴油的燃烧热释放速率和燃烧温度上升幅度较汽油大。     

氧气体积分数对不同粒径烟煤低温氧化燃烧特性的影响研究

为研究氧气体积分数对不同粒径烟煤低温氧化、燃烧特性的影响,利用煤氧化动力学测试系统,对0.20～0.30 mm,>0.30～0.45 mm,>0.45～0.60 mm,>0.60～0.90 mm 4种粒径烟煤煤样在21%,18%,14%,5%氧气体积分数下进行程序升温实验,分析煤样CO与C₂H₄指标性气体产生量、产热速率和动力学参数的变化规律,并运用煤氧反应微观演化机理进行论证。结果表明：氧气体积分数为14%时,不同粒径煤样的交叉点温度相差较小,指标性气体释放量相差较大,且最大升温速率拟合曲线斜率减小较快(减小近50%);随着氧气体积分数增加,煤样最大产热速率和总放热量增大,初始放热温度降低;控制氧气体积分数在14%以下能有效预防氧化放热作用导致的煤自燃事故。     

煤与油棕榈空果串富氧混烧特性的研究

利用热重-红外联用(TG-FTIR)分析了Adaro煤与棕榈空果串(EFB)在富氧混烧工况下的特性.热重分析仪记录样品在加热过程中的质量损失,而FTIR则分析其释放的气体产物.对在18%O_2/82%CO_2,Air(21%O_2/79%N_2),21%O_2/79%CO_2,30%O_2/70%CO_24种工况下Adaro coal+30%EFB样品进行燃烧.热重分析表明,与O_2/N_2工况相比,O_2/CO_2条件下CO_2气体对燃烧有抑制作用,且空气工况下与30%O_2/70%CO_2的燃烧特性相当.FTIR分析释放的气体主要是CO_2,CO,H_2O.     

煤粒径对气体产生规律和自燃倾向性影响研究

应用程序升温实验系统,对沙曲煤矿24305和25301两个采煤工作面进行了不同粒径煤样的程序升温实验,研究不同粒径煤样升温氧化过程中O_2、CO、CO_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6和C_3H_8等气体的产生规律,并计算了不同粒径煤样的耗氧速度和自燃倾向性判定指数。研究结果表明,煤样粒径越小,对氧气的吸附能力越强,耗氧量也越大;随煤样温度的上升,不同粒径煤样的耗氧速度和标志气体体积分数均由缓慢增加变为急剧增加,且煤样粒径越小其变化趋势越明显;煤样粒径越小,煤样的临界温度和干裂温度越低,煤的自燃性越强。     

煤升温氧化过程中气体解析规律研究

为了防止煤炭自燃,深入了解煤在升温氧化过程中气体的释放规律,利用煤升温氧化实验系统,对太原组和山西组煤进行了升温氧化实验.结果表明,太原组和山西组煤在升温氧化过程中,不同气体有不同的释放临界温度和速率,20～160℃为煤的缓慢氧化阶段,从煤中缓慢释放出被吸附的C1气体CO,CO2,CH4和C2～C3的烯烃C2H4,C3H6等;160～210℃为煤的快速氧化阶段,从煤中释放出较大量的C2～C4的烷烃C2H6,C3H8和C4H10等,烃的体积分数以指数速率增加;210～280℃为煤的急速氧化阶段,上述C1～C4气体的体积分数几乎以直线关系急剧增加.不同类型的煤在不同的氧化阶段具有不同的氧化特征,可选择不同的气体作为预测煤自燃特性的标志气体.     

基于固气耦合的煤岩–瓦斯二相介质相似材料及其力学特性

含瓦斯煤是具有多孔特性和固气耦合特性的二相介质复合材料,为了精准模拟含瓦斯煤的物理力学属性,基于相似准则和主控参数相似比尺,进行了80余组材料配比试验和力学参数试验,研制了煤岩-瓦斯二相介质相似材料。对比了相似材料和原煤的相似性,并基于新材料进行了3维煤与瓦斯突出相似模拟试验。主要试验结果如下:1)以煤粉和腐殖酸钠水溶液为骨料和胶结剂配制的煤岩相似材料的弹塑性参数与原煤相似,通过调节材料配比,可以配制不同弹塑性参数的相似材料。相似材料的吸附性与原煤也具有一致性;2)CO_2和N_2二元混合气体的膨胀能介于CO_2和N_2之间,气体膨胀能比例系数与CO_2体积分数呈二次函数关系,CO_2体积分数为45%的混合气体的膨胀能与CH_4的膨胀能一致;CO_2和N_2二元混合气体可作为CH_4相似气体,且比CH_4安全性高;3)研制的煤岩-瓦斯二相介质相似材料与含瓦斯原煤的物理力学参数均具有高度相似性,实现了固气耦合特性模拟;4)3维物理模拟试验再现了石门揭煤引发煤与瓦斯突出现象,得到与现场接近的突出孔洞形态和突出粉煤质量,验证了相似材料的合理性,也为进一步研究煤与瓦斯突出规律,监测突出前兆信息提供了科学手段。     

流化床O_2/CO_2气氛对烟煤焦反应速率的影响研究

流化床O_2/CO_2燃烧是实现煤炭清洁利用及近零碳排放的有效技术之一.为进一步探究工业流化床O_2/CO_2燃烧条件下的煤颗粒燃烧机制,本研究在小型流化床试验台上,通过在线测量流化床出口烟气中O_2和CO的浓度,深入考察了O_2/CO_2取代O_2/N2后,不同的床层温度(800~900℃)、O_2浓度(4%~10%)及颗粒粒径(2~8 mm)下的烟煤焦燃烧特性.实验结果表明:O_2/CO_2气氛下,煤焦反应速率随床层温度的升高、O_2浓度的升高和颗粒粒径的降低而增加;煤焦燃烧反应由O_2扩散控制,气化反应由反应动力学控制;相较于O_2/N2气氛,低床温下,O_2/CO_2气氛下的O_2扩散速率降低是煤焦反应速率改变的主要原因;高床温下,除O_2/CO_2气氛下O_2的扩散速率降低外,煤焦气化反应对煤焦反应速率的影响同样不可忽略.     

高压下CH_4、N_2和Co_2气体在ZSM5上的吸附

用定容型吸附装置测定了N_2、CH_4和CO_2在ZSM5上的吸附平衡数据,压力范围为0.027～190atm,温度为25、50和75℃。实验结果表明N_2和CH_4的吸附量随压力的增加而增加,在30atm附近达到饱和。CO_2的等温线有极大值,而且温度不同的等温线相互交叉。用吸附势理论关联实抢结果,三种气体的全部数据标绘点都在同一条特性曲线上。     

变组分生物质燃气发动机循环变动试验研究

针对生物质燃气发动机运转稳定性差、循环变动大的问题,采用瓶装气体模拟实际生物质燃气的方法,在一台火花点火发动机上进行了变组分生物质燃气(CH_4-H_2-CO-CO_2)发动机的循环变动试验研究,分析了各可燃组分及CO_2含量变化对发动机工作稳定性的影响,给出了燃料组分变化对发动机循环变动的影响规律。结果表明,燃料组分变化对燃烧稳定性的影响情况有较大差异:在当量比固定且燃料组分中H_2含量较少时,CO_2含量对燃烧稳定性起支配作用,CO_2含量的增加导致循环变动增加,在个别条件下导致部分燃烧的发生;随H_2含量增加,CO_2含量对燃烧的影响作用逐渐减弱,当H_2含量达到50%时CO_2含量对燃烧的影响作用已不明显;H_2含量固定时,CH_4及CO含量的变化对混合燃料的燃烧并无明显影响。     

基于泉(井)水特性的准噶尔盆地东南缘煤矿硫化氢成因研究

位于准噶尔盆地东南缘地带的矿区含煤地层硫化氢富集异常,发生过多起伤亡事故。地下水体的化学特性、微生物活动特征能灵敏地反映地壳内部信息变化,基于区域泉(井)水特性,探讨煤矿硫化氢成因,对查明煤岩层硫化氢气体的来源、赋存和防治,以及煤层气、油气等开采具有重要意义。煤矿瓦斯气体组分以CH_4,N_2为主,伴有CO_2,H_2S和重烃等;区域地层水沿径流方向水化学类型由HCO_3—Ca—Na和HCO_3—SO_4—Na—Ca演变成HCO_3—SO_4—Cl—Na—K,矿化度、硬度及p H逐渐变高,为弱碱性咸水;含煤地层出露泉水富含CH_4,N_2,CO_2,H_2S,H_2和重烃气体;4号泉CH_4含量和水温一直呈下降趋势,而H_2S,CO_2及SO_4~(2-)含量则保持平稳上升趋势;水体中CO_2的δ~(13)C值较轻,普遍在-1.81%~-1.12%间。矿井地下水水体检测到的硫酸盐还原菌(SRB)数量最高达3 500个/g,表明SRB繁衍活动激烈;10号泉4.35%的克隆子与CH_4厌氧氧化相关,还检测到一些来自栖息于地层深部(含煤岩层)水体中与厌氧含硫环境中的SRB,表明水体处于厌氧状态,泉水中微生物的繁衍生息与含硫化合物密切相关。上述均具有发生硫酸盐生物还原(BSR)作用的特征,而区域成煤环境及煤岩层火烧都不具备大规模H_2S富集条件,由此可知,目前区域硫化氢的形成与后期的BSR作用有密切联系。     

SBR和HBR两种反应器中N_2O产生量的研究

为考察不同反应器类型对N_2O产生量的影响.试验采用好氧-缺氧SBR生物反应器和间歇式复合生物反应器HBR(填料填充率:30%,运行方式:瞬间进水—曝气360 min—沉淀40 min—排水20 min),研究实际生活污水脱氮过程中N_2O的产生与释放情况,重点考察不同生物反应器类型对脱氮过程中N_2O产生量的影响.结果表明,SBR系统处理实际生活污水脱氮过程中N_2O主要产生于硝化阶段,不同生物反应器类型对脱氮过程中N_2O产生量有显著影响.SBR生物反应器和HBR生物反应器硝化过程N_2O产生量分别为0.76和1.48 mg/L,SBR生物反应器硝化过程中N_2O产生量远低于HBR生物反应器N_2O产生量.     

环保型煤自燃阻化剂的阻化特性及机理研究

为了研究环保型煤自燃阻化剂(EFI)对煤炭自燃的阻化特性和机理,采用热重/差热扫描-傅里叶红外光谱(TG/DSC-FTIR)联用技术测试在EFI作用下,煤自燃过程中质量、特征温度、热效应、气体产生量和活化能等参数的变化规律.结果表明:在煤体表面形成液膜从而隔绝氧气、蒸发吸热以及销毁煤氧化过程中的羟基(—OH)和羧基(—COOH)等活性基团是EFI抑制煤自燃的主要机理.添加EFI后的煤样,由于产生更加复杂的结构,加热过程中CO2,H2O和CO的释放与DSC曲线放热峰均出现双峰或三峰,且将原煤的起始放热温度提高20～30℃,脱水脱附吸热量增加4倍.EFI的添加能够促进煤样CO2和H2O的产生而抑制CO的产生,20%添加量的EFI将能够将单位质量煤样的放热量降低4 004J,而且将煤样燃烧的活化能提高60kJ/mol.     

机械力作用下煤结构破断CO释放规律及自燃预测指标修正方法

为有效区分采煤过程中机械力作用下煤机械破断CO的产生规律和释放量,利用自制粉碎实验装置开展煤机械破断实验,实验从煤样质量、电机转速和粉碎气氛3个方面进行.结果表明:CO体积分数上升速率、出现时间及绝对产生量随煤样质量、电机转速增加而增加,空气气氛下煤样CO体积分数平均上升速率高于氮气气氛下煤样.在4min粉碎时间内,机械力破断煤结构产生CO绝对产生量与煤样量呈线性关系.基于实验结果,建立工作面落煤模型,并推导出落煤过程中因机械力破断煤结构产生CO体积分数计算公式,计算结果可作为预测指标修正值对煤自燃预测预报结果进行修正.     

混合气体对煤中CH4置换效率的影响研究

为了揭示混合气体对不同变质程度煤中CH_4的置换效率及其影响因素,利用自建的多元气体置换吸附试验装置,在不同的环境温度、平衡压力、注入压力和注入气体组成比例等4个条件下,分别对无烟煤、瘦煤和气肥煤等3个典型煤种进行混合气体置换煤中CH_4试验。结果表明:恒温条件下,随着平衡压力增加,混合气体的吸附/解吸能力呈现单调增加的变化,且混合气体的吸附/解吸能力表现出随置换气体的吸附能力和煤的变质程度的增加而增加,即V_(CO_2)V_(CH_4)V_(N_2)V_(He)和V_(无烟煤)V_(瘦煤)V_(气肥煤);在一定平衡压力条件下,温度越高混合气体的吸附/解吸能力越小;在平衡压力和温度保持恒定时,随着注入压力的增加,纯CO_2气体对CH_4的置换效率会有所降低。与仅注入CO_2相比,混合气体的置换效率则表现更好,即混合气体中含N_2比例越高,对CH_4的置换效率越好。该试验得出的启示是:井下煤层注气置换煤层CH_4不一定追求高的注入压力,只要注气源配比合适,低注入压力也能获得更好的煤层瓦斯抽采率。     

典型建筑木材的燃烧特性分析

基于典型建筑木材的元素分析、工业分析和组分分析,利用锥形热量仪开展了燃烧特性试验,分析了四种木材的燃烧特性。在较低辐射温度下(564°C),水曲柳因较高的水分含量和较低的木质素含量使原料表面的实际温度低于辐射温度,促进了焦炭的形成,使着火时间延迟为770s;随着辐射温度增加至782°C,原料表面温度达到了纤维素的热裂解温度,水曲柳在260s后开始热解形成大量挥发分,并迅速燃烧释放热量,获得了最大的热释放速率(442.5k W/m~2)。松木、樟木和杉木的着火时间和热释放速率相近,但都明显小于水曲柳,小分子气体CO和CO_2的析出也比较平缓;随着辐射温度的增加着火时间缩短,热释放速率增加,燃烧进行得更充分,但燃烧强度仍弱于水曲柳。     

O2/CO2气氛下污泥与烟煤混合燃烧特性

在热重分析仪上开展不同参数条件下污泥和烟煤混合燃烧实验,分析污泥掺混比、升温速率和O2/CO2体积比对燃烧特性的影响,进行燃烧动力学分析.结果表明:O2/CO2气氛下,烟煤掺烧污泥的混合燃烧特性表现为污泥与烟煤燃烧叠加的结果;随着升温速率由10℃/min增加至25℃/min,着火和燃尽温度均升高,着火时间延迟和燃尽时间延长,表观活化能升高;随着O2/CO2体积比的增大,着火温度和燃尽温度均降低,着火时间提前且燃尽时间缩短,表观活化能降低,当O2体积分数超过30%时,燃烧性能改善的幅度越来越小.     

静止环境中煤碳颗粒燃烧时固定碳的失重模式和传输到颗粒的反应热

本文对挥发份析出后的煤碳颗粒在三种不同失重模式下燃烧时的流动、传质和传热过程进行了分析,计算了在不同失重模式下的最大失重速率,传输到颗粒的反应热和颗粒温度。通过与以前的理论和实验研究进行对照,指出关于残碳颗粒的失重速率和温度的实验数据并不支持C直接氧化成CO或CO_2这二个失重模式。但对另一失重模式即CO被氧化成CO_2,CO_2再与碳生成CO更为有利。本文的结果可在煤粉燃烧器的数值模拟中完善固相温度方程。本文的分析能包容和解释以前的重要结果,且在理论上较完备和一致。