N2和CO2对煤明火燃烧灭火性能的对比实验研究

为掌握N₂和CO₂对煤明火燃烧过程的不同灭火效果,采用自主研制的煤明火燃烧实验装置,对平煤八矿煤样进行了通入相同流量N₂和CO₂气体灭火剂的煤明火燃烧灭火实验,测定了在煤有焰燃烧和阴燃熄灭阶段的温度场温度、标志性气体(O₂、CO和CH₄)组分、热释放速率以及火焰图像面积的变化规律。结果表明:相比于煤自由燃烧,在煤有焰燃烧阶段,通入CO₂时明火火焰熄灭时间、煤温上升速度、耗氧量、热释放速率以及CO和CH₄浓度的下降速度比通入N₂时更低;同时,通入CO₂时火焰图像面积呈指数下降,而通入N₂时呈线性下降;在煤阴燃熄灭阶段,通入CO₂时煤温、CO和CH₄浓度下降速度比通入N₂时的更高,而通入CO₂时的耗氧量和热释放速率比通入N₂时的更低;说明CO₂比N₂具有更好的熄灭煤明火燃烧的能力。     

不同φ(CO2)/φ(O2)比例对煤自燃特性的影响

为了研究CO₂对煤自燃特性的影响,利用热重与质谱联用技术测试了阳泉五矿煤在不同φ(CO₂)/φ(O₂)比例下的氧化燃烧过程,分析了热重曲线,特征温度点,放热量与气体逸出规律。研究结果表明:随着φ(CO₂)/φ(O₂)比例增大,热重曲线向高温偏移,特征温度点升高,燃烧剧烈程度降低,气体逸出温度升高;温度小于360℃前,放热量相差较小;温度继续升高后,在相同温度下,放热量随氧浓度降低而降低;由于CO₂与H2反应产生CH₄,所以CO₂含量越高,CH₄逸出强度更高;同时,煤在低氧浓度下更易不完全燃烧,所以会产生更多CO;相较于空气氛围,CO₂浓度高于88%时才具有抑制作用。     

CO2-N2复合惰气对氧化煤冷却惰化特性研究

为对比分析不同比例CO₂-N₂复合惰气和纯CO₂/N₂对氧化煤惰化效果,利用程序升温实验系统,分别对比煤处于临界温度和干裂温度下通入纯CO₂/N₂和CO₂-N₂复合气体后O₂、CO气体浓度和煤温的变化特征。结果表明：在氧化煤冷却过程中,相同注气流量下,CO₂含量占比高于N₂时表现出更快的降温速率、更大的O₂和CO浓度降幅以及活化能;以临界温度为初始煤温时,30%N₂+70%CO₂的降氧速率高于10%N₂+90%CO₂和纯CO₂为0.4～1.22 mol/(cm³·s),CO下降速率高于10%N₂+90%CO₂和纯CO₂为0.24～0...     

煤的光-热耦合氧化研究

研究了神府煤光氧化和热氧化耦合反应性.在O₂气氛中,CO₂释放量大幅度增加,气体产物主要为CO₂和CO,同时有CH₄释放,各组分的浓度大小表现为：CO₂CO＞CH₄,其中CO₂的浓度随反应温度升高而增加,并在反应2 h时达到最大值,紫外光照射可明显促进CO2和CO释放,温度升高,CO和CH₄释放速率增加.光氧化主要生成CO和腐植酸,热氧化导致C-C键断裂生成CH₄,特别是在高温条件下,能把CO和腐植酸进一步氧化为CO_2.光氧化和热氧化耦合不仅提高了反应气体产物的选择性,而且对提高煤中总腐植酸含量有明显的协同作用,同时导致酚羟基官能团的形成.     

供风量对褐煤自燃特性参数影响的实验研究

为研究煤自燃时期生成气体对诱发瓦斯爆炸的影响,选取瑞安煤业4^#煤层褐煤为实验煤样,通过管式炉程序升温和色谱分析仪研究供风量为40、120、200 mL/min时对煤自燃时期生成气体的影响,得到不同温度条件下管式炉出口O₂、CO、CO₂气体摩尔浓度,并计算了褐煤低温氧化阶段耗氧速率、气体生成速率和放热强度与煤样温度之间的关系。结果表明：随着温度升高,煤样的耗氧速率、CO生成速率、CO₂生成速率、放热强度与温度之间均呈指数关系变化;煤样的耗氧速率与放热强度呈线性递增关系,相同耗氧速率下,当供风量为120 mL/min时放热强度最大,当供风量为200 mL/min时放热强度最小。     

不同镜惰比低阶煤的结构特征及其热解行为

热解是煤液化、气化等洁净煤技术的基础，尤其是对于低阶煤的利用上。为进一步研究低阶煤的热解特征，以一系列不同镜惰比赵家庄(ZJZ)、马蹄罕(MTH)、豆塔(DT)煤(V/I分别为0.1、0.76、1.76)为研究对象，采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)与X射线衍射(XRD)技术分析样品的化学结构；通过热重-质谱(TG-MS)联用技术，检查了样品在30～900℃的热解过程及其气体逸出行为。结果表明：不同镜惰比低阶煤中的化学结构含量有较大差异，与富惰质组ZJZ煤相比，富镜质组煤有着相对丰富的脂肪族结构，长脂肪侧链，以及含氧官能团，尤其DT煤中含有丰富的C—O。相应的芳香结构含量随着镜惰比增加而减少。同时，随着煤中镜惰比增加，芳香层片间距d002、横向延展度与纵向堆砌高度之比(La/Lc)增大，芳香层堆砌高度Lc、芳香层尺寸La以及堆砌层数N减小。DT、MTH、ZJZ煤在热解中失重量依次为36.4%、32.2%、28.9%，随着镜惰比降低，最终热解气态产物产率以及最大热解速率相应降低。在热解过程中有H₂、H₂O、CH₄、CO、C...     

煤氧化特性的STA-FTIR实验研究

采用同步热分析-红外联用技术(STA-FTIR),以4种不同变质程度的新鲜煤样为研究对象,从特征温度点、热量变化、逸出气体、氧化反应动力学等多角度分析煤的氧化放热特性及其规律。研究结果表明,随着煤变质程度降低,煤中挥发分含量增高,煤氧化过程特征温度点逐渐减小;各个阶段反应活化能逐渐变小,最大热释放速率和放热量相应增加;同时,氧化过程中所释放的CO,CO2,H2O,CH4等气体的初始温度和峰值温度均呈现出逐渐减小趋势,生成CO量减少,CO2和水量增加;此外,不同煤样在水分蒸发及脱附阶段、吸氧增重阶段的反应机理接近。实验结果说明不同煤样的氧化反应过程具有相似性,变质程度越低的煤,发生氧化和燃烧反应越容易,自燃危险性越高。应根据煤样存储、开采、运输环境,针对初始放热温度较低的低变质煤样,及时采取冷却降温、封堵裂隙、阻化剂阻化等措施预防煤自燃发生和发展。     

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。     

煤炭地下气化过程产气特征数值模拟研究

为了提高煤炭地下气化产气效率,采用数值模拟方法,建立了煤炭地下气化通道数值模型,研究了气化通道内产气组分的时空分布和可燃气体的热值特征。结果表明：气化产气过程可分为初始产气、中期产气和稳定产气三阶段,CO₂浓度在气化初期快速达到峰值,CO和H₂浓度则在气化中期快速增加,气化20d后通道内气体组分浓度分布和热值均趋于稳定;气化剂中氧含量对通道内CO₂和CO的浓度分布影响明显,对H₂影响相对较小;C的氧化反应、CO₂和水蒸气的还原反应同时存在于氧化区和还原区,随着气化剂中氧含量的提高,还原区范围逐渐扩大,CO和H₂的浓度逐渐升高;氧含量每增加20%,通道出口可燃气体热值增加约10%。模拟结果与工业性试验结果具有较好的一致性。     

打造我国主体能源(煤炭)升级版面临的主要问题与对策探讨

为研究不同粒度煤样高温条件下的燃烧特性及燃烧效率,采用锥形量热仪测试了6种粒度煤样在热辐射作用下的燃烧特性参数。研究结果表明,煤样点燃时间与煤颗粒大小总体呈正相关关系;热释放速率峰值随煤样粒径减小而逐渐下降,在热释放速率曲线稳定阶段(>150 s),不同粒径煤样热释放速率由大到小依次为>0~0.12、>0.12~0.15、>0.15~0.18、>0.18~0.25、>0.25~0.38、>0.38~0.83 mm;总热释放量随粒径减小而逐渐增加;总烟释放量随煤样粒径增大而上升,最大粒径煤样(>0.38~ 0.83 mm)的烟气生成速率和总烟释放量均为最大;煤样燃烧过程中CO生成速率和CO₂生成速率均随煤样粒径减小而逐渐增大。引入煤样的火灾性能指数(F_FPI)和火灾增长指数(F_FGI),对比分析不同粒度煤样的燃烧效率得出：最小粒径煤样(>0~0.12 mm)的燃烧效率最高,F_FPI最小(0.27 m²·s/kW),F_FGI最大(3.70 kW/(m²·s))。研究结果对揭示高温环境下粒度对煤样燃烧特性的影响具有一定的借鉴意义。

     

不同粒度煤样高温燃烧特性研究

为研究不同粒度煤样高温条件下的燃烧特性及燃烧效率，采用锥形量热仪测试了6种粒度煤样在热辐射作用下的燃烧特性参数。研究结果表明，煤样点燃时间与煤颗粒大小总体呈正相关关系；热释放速率峰值随煤样粒径减小而逐渐下降，在热释放速率曲线稳定阶段(>150 s),不同粒径煤样热释放速率由大到小依次为>0～0.12、>0.12～0.15、>0.15～0.18、>0.18～0.25、>0.25～0.38、>0.38～0.83 mm;总热释放量随粒径减小而逐渐增加；总烟释放量随煤样粒径增大而上升，最大粒径煤样(>0.38～0.83 mm)的烟气生成速率和总烟释放量均为最大；煤样燃烧过程中CO生成速率和CO₂生成速率均随煤样粒径减小而逐渐增大。引入煤样的火灾性能指数(F_FPI)和火灾增长指数(F_FGI),对比分析不同粒度煤样的燃烧效率得出：最小粒径煤样(>0～0.12 mm)的燃烧效率最高，F_FPI最小(0.27 m²·s/kW),F_F...     

复杂条件下煤自燃特性参数变化规律研究

为揭示锦界煤矿31116工作面采空区遗煤的氧化特性，利用程序升温实验系统研究了原煤、预氧化煤、浸水风干煤的低温氧化特性，分析了指标气体产生量、耗氧速率和放热强度与温度的对应关系，实验表明：实验过程中煤样的自燃特性参数均随温度升高呈指数变化规律，CO可作为30～110℃之间的指标气体、C₂H₄可作为110～200℃之间的指标气体；二次氧化气体产生量、耗氧速率、放热强度均在反应前期低于初次氧化，反应后期高于初次氧化；浸水风干煤样氧化过程中的气体产生量、耗氧速率和放热强度更高，相较于原煤样，开始检测到CO、C₂H₄的温度点均提前了10～20℃,耗氧速率最高增大了173×10^-11mol/(cm³·s),最小放热强度与最大放热强度最高分别增加了211×10^-5 J/(cm³·s)和261×10^-5 J/(cm³·s),说明浸水过程对煤氧化进程具有一定的促进作用。     

污泥和煤泥的共燃烧行为研究

山西省乃至全国大量煤泥和城市污泥处理面临前所未有的挑战。清洁燃烧技术是污泥-煤泥协同处理的优选方法。为探究污泥-煤泥混燃过程中的相互作用,为清洁高效燃烧利用提供依据,采用热重质谱联用技术(TG-MS),研究了污泥和煤泥单独燃烧和共燃烧过程中的燃烧特性和污染性气体产物(CH₄、CO、CO₂、NH₃、HCN、NO、NO₂、H₂S、CH₃SH、COS、SO₂、CS₂、SO₃)的析出特性,同时采用Coats-Redfern积分法对污泥和煤泥单独燃烧和共燃烧过程进行动力学特性分析,对两者的相互作用机制进行了深入探讨。结果表明：在污泥和煤泥共燃烧过程中,存在很明显的交互作用。污泥和煤泥相互促进,提高了整体的反应性能,其中煤泥掺混20%时燃烧特性最优,表明污泥比例的增加不会对燃料整体的燃烧性能造成影响。污泥和煤泥的质均活化能E_m分别为51.170 kJ/mol和78.538 kJ/m...     

发耳煤矿近距离煤层自燃预测指标研究

为了提高发耳煤矿近距离煤层自燃预测的准确性,对发耳煤矿6个主采煤层的煤样进行程序升温实验,分别得到低温氧化阶段的临界温度、干裂温度和CO、C₂H₄等气体产生规律。通过分析煤样的耗氧速率、放热强度、气体比值与温度之间的对应关系,建立了发耳煤矿近距离煤层自燃预测及分级预警指标。结果表明:1煤层和3煤层的氧化性最强,7煤层的氧化性相对较弱。在低温氧化阶段,CO生成量随温度的升高显著增加,在110℃~120℃时开始产生C₂H₄,耗氧速率、CO产生率、CO₂产生率在70℃~80℃和130℃~140℃范围内出现2次明显的突变。通过对比、和气体比值进行分析,能消除实验条件的误差,提高近距离煤层自燃预测的准确性和灵敏度。     

生物质与煤混烧的热重-红外试验研究

利用TG-FTIR对生物质、煤及其混合物的燃烧过程及燃烧产物进行分析,研究了生物质添加比例、升温速率、氧气浓度对燃烧过程的影响。结果表明,生物质的加入可以有效改善样品的燃烧性能,提高样品的燃尽性能。提高生物质添加比例,可以降低燃烧气态产物中CO与CO₂的比例,提高燃料利用率。提高升温速率和氧气浓度,可以提高生物质与煤混合物的燃烧速度,缩短燃烧时间,改善生物质与煤混合物的燃烧性能,有利于燃烧反应的进行;同时,燃烧气态产物中CO所占比例逐渐减小,CO₂所占比例逐渐增大,提高了燃料的燃尽率。     

煤低温氧化CO与CO2的同位素指标研究

煤自燃火灾是矿井生产过程中的重大灾害之一，对矿井安全生产存在巨大威胁；煤自燃是一个复杂的氧化过程，要经历不同的氧化阶段，故要建立相应指标来判断不同的煤氧反应阶段。利用程序升温-气相色谱联用实验，分析了长焰煤自燃氧化过程中标志气体随温度变化规律，依据升温氧化实验数据，将煤自燃划分为4个阶段；以φ(CO)/φ(CO₂)和第三火灾系数R₃作为辅助指标，对煤氧反应阶段进行划分；同时通过检测低体积分数CO、CO₂中氧同位素的丰度值，得到气体产物中δ¹⁸O(氧同位素值)随温度变化的规律，并以δ¹⁸O为指标，根据δ¹⁸O变化规律将煤自燃划分4个阶段。     

CO_2对煤升温氧化燃烧特性的影响

为了掌握CO2气体防治煤自燃的特性,采用TG-DSC联用分析系统测定煤样在不同CO2体积分数、不同升温速率时反应引起的质量、能量变化,研究CO2对煤升温氧化燃烧过程的影响。通过分析煤升温氧化燃烧过程的TG-DSC曲线,确定了煤氧化燃烧过程的特征温度变化规律,实验表明:煤样变质程度越高,TG曲线越向温度高的方向移动;特征温度T1,T2,T3在不同CO2/空气混合条件下失重曲线差异较小,在失重温度T4时,CO2体积分数越大,其TG,DTG曲线差异越大,着火温度、质量变化速率最大温度点及燃烬温度点延后。CO2体积分数影响了煤样放热强度,CO2体积分数越低,DSC曲线越陡,放热强度越高;CO2体积分数越高,曲线平缓,放热量小,燃烧点放热峰向高温区移动,反应得到了抑制。通过动力学分析计算得出:煤样在空气氛围下的活化能和频率因子均大于在通入CO2气体后,随着CO2体积分数的升高,表观活化能和指前因子减小速度加快,但反应速率常数也减小,表明CO2抑制了煤的氧化燃烧。     

羊场湾矿2号煤层自燃指标气体及其阈值研究

为研究羊场湾煤矿2号煤层自燃预测预报指标体系,采用程序升温方法测试了不同粒径实验煤样在氧化过程中气体产生规律,确定了煤样自燃的气体指标及其临界值。结果表明:CO/CO₂值可以作为煤自燃低温阶段的主要指标,ΔCO/ΔO₂值为辅助指标,C₂H₄在煤温达到90 ℃后出现,可以作为煤自燃进入高温阶段的指标气体,ΔCO/ΔO₂值可以作为煤自燃高温阶段指标。研究结果为羊场湾煤矿2号煤层自燃预测预报及主动防控提供了依据。     

矿井火区典型可燃气体对甲烷化学动力学的影响分析

为研究多元混合气体对CH₄爆炸过程的影响,选取矿井火区典型可燃气体CH₄、C₂H₆、C₂H₄、CO、H₂,利用CHEMKIN软件模拟分析了不同组分C₂H₆/C₂H₄/CO/H₂瓦斯混合气体爆炸反应过程。研究结果表明：随着混合气体组分中各可燃气体体积分数的增大,CH₄的爆炸压力和温度不断增高,CH₄体积分数和O₂体积分数迅速下降,点火延迟时间明显缩短;在爆炸产生的有毒有害气体中,CO的体积分数最高;H^*、OH^*自由基的体积分数持续增大,O^*自由基呈现先增大后减小的趋势。敏感性分析发现促进自由基生成的反应步主要是R38(H+O₂$ \\rightleftharpoons $O+OH)和R119(HO₂+CH₃$ \\rightleftharpoons $OH+CH₃O),抑制其生成的主要反应步为R98(OH+CH₄$ \\rightleftharpoons $CH₃+H₂O)和R53(H+CH₄$ \\rightleftharpoons $CH₃+H₂)。     

低阶煤着火前热行为的分段情景式研究北大核心

低阶煤的成分非常复杂,不同低阶煤成分差别很大,从而导致其着火倾向的差异。为深入探索低阶煤的着火倾向,从宏观微观相结合的角度,系统地对BRXL和YJL 2种低阶煤的热行为进行了分段研究。其中,初次和二次分段结果能够推断出影响着火的关键阶段,在此阶段,2种煤均发生了集中的反应和放热,但BRXL的蓄热过程早于YJL发生;此外,2种煤的反应气体释放过程均出现了异常。结合孔径演化特征,可发现BRXL和YJL分别被微孔(<2 nm)和2~10nm的介孔所影响,而BRXL由于其原始孔径分布均匀,保证了其反应平稳发生,气体释放顺利进行,因此反应热迅速积累,导致BRXL表现出比YJL更强的着火倾向。