煤种对煤球气化及燃烧反应动力学的影响研究

采用高温悬浮态气固反应试验台,对烟煤和无烟煤不同配比进行煤气化试验,并通过未反应核模型对其进行动力学分析。结果表明,随着烟煤配比的减小,气化反应速率降低,气化反应速率随转化率的增加而逐渐降低。烟煤配比由90%降低至60%时,气化反应的限制性环节始终为化学反应;随着烟煤配比的减小,燃烧反应速率降低,燃烧反应速率随转化率的增加而逐渐降低。烟煤配比由90%降低至60%时,燃烧反应的限制性环节始终为化学反应。     

碱金属对煤燃烧特性的影响及动力学分析

采用热重法研究了碱金属盐（K2CO3、NaCl）对煤粉燃烧特性的影响。升温速率为20 ℃/min,20%（体积比）的氧气（99999%）和氮气（99999%）混合气体作为气氛气体,气体流量为80 mL/min。实验结果表明：K2CO3、NaCl能够改善煤粉的燃烧性能,当K2CO3、NaCl负载量（煤）在低于52049 7 mg/g和8969 4 mg/g时,随着负载量的增加着火温度降低,与原煤相比最多降低60 ℃和32 ℃。K对挥发分的析出、着火以及固定碳的燃烧都具有催化作用,Na主要催化固定碳的燃烧。Na、K均可降低煤样高温燃烧区的表观活化能,提高燃烧反应速度。     

限定封闭环境煤粒径对煤氧化反应速度的影响

为了进一步研究煤粒径大小对煤低温氧化进程的影响,利用鼓风恒温箱装置和GC-950型气相色谱仪进行了封闭环境内煤恒温氧化实验,测得了煤样反应罐内氧气浓度随时间的变化量,同时计算、比较了几种粒径的煤样在不同时间、不同温度下的耗氧速率。研究表明,环境中氧气浓度直接影响着不同粒径煤样的耗氧量。而且,当氧气充足时,煤样的耗氧速率随着粒径的减小而增大,当氧气浓度不足以维持煤氧充分反应时,不同粒径煤样耗氧速率均呈下降趋势,低氧浓度下不同粒径的煤样耗氧速率和恒温氧化时间之间满足负指数关系,此时煤样耗氧速率变化率数值|V/t|随着粒径的减小,呈现出先降低后升高的趋势,当煤样粒径为1.00~2.00 mm,|V/t|达到最小,耗氧速率下降最慢。     

煤燃烧过程中CaO-HF固氟反应动力学机理

为了揭示钙基吸收剂燃烧固氟机理,提高固氟效率,建立了CaO-HF固氟反应的未反应收缩核动力学模型,通过模型计算,分析了反应温度、HF气体浓度、CaO粒径及添加量对固氟反应特性的影响,并与实验结果进行了对比。结果表明：未反应收缩核模型可较好地描述CaO-HF固氟反应的宏观动力学,预测反应温度、HF气体浓度及CaO颗粒粒径对化学反应的影响。CaO转化率随反应温度和反应时间的增加而增加,但在1 073~1 273 K范围内,反应温度的提高对CaO转化率的提高幅度不是很大;CaO转化率随HF气体浓度的增加而增加,与反应温度的影响相比,HF气体浓度对固氟反应影响更为明显。随CaO初始粒径的减小,CaO转化率显著提高,CaO初始粒径对固氟反应速度有显著的影响。     

含水率及粒径对煤的抗剪强度影响研究

为了研究不同粒径以及含水饱和度煤样的抗剪强度性质,通过直剪实验和理论分析发现:随着垂向应力σ的增大,抗剪强度τ随着增大;随着粒度的增大,内摩擦角ψ和抗剪强度τ呈现先减小后增大的趋势,内聚力C先增大后减小;随着含水率ω的增大,不同试样的抗剪强度τ和内聚力C出现先增大后减小的趋势,而内摩擦角ψ则是先增大后减小,到一定值以后又有所回升。     

神华上湾煤慢速和快速热解焦燃烧性能及其反应动力学

对神华600℃慢速焦和快速焦表面形貌和官能团进行分析的基础上,利用热重法研究了煤焦的燃烧反应性,采用修正随机孔模型（MRPM）模拟回归了神华煤焦的燃烧反应动力学。结果表明,神华慢速焦SHs的主要组成部分为密实状结构,快速焦SHf具有大量的气孔。对比SHf的红外光谱图,SHs含有较少的羟基-OH,羰基减少甚至消失,脂肪族-CH3和-CH伸缩振动减弱,有较高的芳环缩合度。燃烧特征参数表明,SHs较SHf的着火温度高,燃尽温度低,燃烧性能高。修正随机孔模型对两种焦的拟合度很高,拟合相关系数R2均为0.9997,均方根误差RMSE均为0.006。拟合SHs燃烧活化能E为60.01 KJ/mol,结构参数ψ为1,而SHf的E为44.88 KJ/mol,ψ为0.62。     

氧煤MILD燃烧条件下NO生成的动力学模拟

利用CHEMKIN研究氧化剂与内回流烟气之间的掺混温度和氧气体积分数两个关键因素对氧煤MILD燃烧条件下NO生成的影响,选取氧化剂气氛为5%O_2/90%CO_2/5%H_2O,10%O_2/85%CO_2/5%H_2O,15%O_2/80%CO_2/5%H_2O和25%O_2/70%CO_2/5%H_2O,温度为1 273,1 373和1473 K。结果表明:NH_2是一关键的前驱组分,反应NH_2+OH=NH+H_2O对促进NO生成影响最大,而反应NH_2+NO=N_2+H_2O对抑制NO生成影响最大,两者影响力随着氧气体积分数降低而加大;提高掺混温度和氧气体积分数可增大燃料N→NO的转化率和OH基团的平衡浓度,氧气体积分数10%~15%是一个可兼顾CO和NO排放的较合理区间,且氧气体积分数的改变对污染物排放的影响与掺混温度的关系不大;NO还原路径的反应速率在低氧气体积分数下反而有不同程度的增大,在MILD燃烧条件下,还原反应的趋势增强,从而延长反应进程,增加系统的整体复杂性。     

煤样粒径对煤吸附常数及瓦斯放散初速度的影响

运用Langmuir单分子层吸附理论,对煤在不同粒径条件下吸附瓦斯气体进行了实验研究。利用WY-98A型瓦斯常数测定仪及WFC-2型瓦斯放散初速度测定仪,分别对不同煤样在不同粒径条件下吸附甲烷气体的等温吸附曲线、吸附常数a、b及瓦斯放散初速度△p进行了定性与定量分析,并得出了吸附常数a及放散初速度△p随粒径变化的关系式。结果表明,吸附常数a随粒径出现阶段性的变化,瓦斯放散初速度随粒径变化呈现出对数函数的变化规律。     

水对煤压裂破碎粒径分布规律的影响分析

对自然含水煤样和饱水煤样进行控制压缩量的压裂对比实验,通过Rosin-Rammler模型分析煤样压裂破碎后碎块粒径分布及其与压缩量的关系。研究结果表明:自然含水煤样小粒径(小于1.25 mm)碎块量大于饱水煤样,随着压缩量的增加,自然含水煤样和饱水煤样小粒径碎块量都增加;随着压缩量的增大,自然含水煤样碎块分布趋于分散,饱水煤样碎块分布趋于集中,且饱水煤样碎块分布比自然含水煤样集中;饱水煤样碎块中位径d50比自然含水煤样碎块小。     

磨煤过程中煤岩组分部分富集及粒径对煤挥发分产率的影响

利用金属丝网设备测定３种煤的粒径对其快速加热时挥发分产率的影响。煤样在氦中热解，升温速率１０００Ｋ／ｓ，温度达９５０℃后恒温１０ｓ。煤样粒径３８～１５０μｍ。制备方法有二：一是将磨过的煤筛分；二是将筛出的较大粒径煤再次磨细。后一方法是尽量减少不同粒级组合间的差别，这一努力收到一定效果。总体表明：干燥无灰基总挥发分产率随粒径减小而略有提高。但对其中的２种煤，这一影响在３８～１５０μｍ范围内并非单调增     

粒度对软硬煤粒瓦斯解吸扩散差异性的影响

基于气体在多孔介质的运移理论,采用物理模拟实验的方法,研究了软、硬煤粒瓦斯扩散速度、扩散系数的差异特征随粒径的变化规律;采用压汞法考察了软、硬煤粒孔隙结构特征的差异,分析了粒径对软硬煤瓦斯扩散行为差异性的影响机理。研究结果表明,当粒度大于等于硬煤的极限粒度时,软、硬煤瓦斯扩散初速度差值和扩散系数比值达到最大值,且基本趋于稳定;当粒度小于硬煤的极限粒度时,软、硬煤瓦斯扩散初速度差值和扩散系数比值随粒度的减小而减小;当粒径减小到一定程度——称该粒度为原始粒度,软、硬煤的瓦斯扩散速度和扩散系数几乎没有差别。软煤相对于硬煤和粒度减小,均使大中孔的孔容显著增大,即粒度减小会缩小软硬煤之间瓦斯解吸扩散通道的差别。软硬煤孔隙结构差异是导致瓦斯扩散速度和瓦斯扩散系数随粒径变化规律产生差别的本质原因。以上研究成果为钻屑瓦斯解吸指标、瓦斯放散初速度和煤层瓦斯含量等测定过程中粒度选择与结果修正提供理论参考。     

煤粒瓦斯吸附规律的实验研究及数值分析

为研究煤粒瓦斯流动规律,进行了煤粒瓦斯定压动态吸附实验,得到3种粒度煤样在不同瓦斯压力下累积吸附量随时间变化的实测曲线。基于达西定律和朗格缪尔方程,建立了煤粒瓦斯吸附数学模型,编制解算程序对煤粒瓦斯吸附过程进行数值分析,得到煤粒内部瓦斯压力的变化规律及累积吸附量与时间的关系曲线。通过将数值分析结果与实验结果进行对比,发现二者变化趋势吻合良好,由此验证了煤粒瓦斯吸附过程符合达西定律。     

煤粉粒度对神华煤热解及燃烧特性的影响

采用瑞士梅特勒公司生产的TGA/SDTA851e热重分析仪器研究了4种不同煤粉粒度神华煤的热解、燃烧特性,考察了粒径及升温速率对热解和燃烧的影响。采用不同的升温速率制取两组焦样,进行热天平燃烧实验。用特征温度表征燃烧过程特性,分析燃烧规律的变化。实验结果表明,随着制焦时煤粉粒径的减小,煤焦的着火温度提前,燃烧的剧烈程度增加,燃烧的稳定性和燃烬程度得到了改善。由于挥发分的存在,煤粉燃烧过程中粒径对于难燃质燃烧的影响较小。     

煤粉粒径对突出瓦斯-煤粉动力特征的影响

为进一步研究煤与瓦斯突出机理以及突出煤粉粒径对突出瓦斯-煤粉动力特征影响机制,研制了突出粉煤-瓦斯两相流模拟试验系统。设置的管内安装传感器可用于同时测量突出气体冲击力以及运动煤粉对传感器的打击。煤粉在试验巷道内的动态传播特征可由传感器受到的打击情况进行分析。另外,针对目前纹影仪无法观察圆形管道内流场的问题,从纹影效果失效的原理出发,设计了一种用于观察圆形管道内流场的纹影系统直接研究突出激波波阵面的传播。利用试验系统进行4种煤粉粒径的突出试验,重点观测了突出气流冲击力、激波波阵面传播、煤粉冲击等参数。研究结果表明:气流冲击波速度远大于煤粉运动速度,在试验巷道中的突出气流冲击波在时间上会先于煤粉到达试验巷道的任何位置,气流冲击波到达传感器之后压力会在极短的时间内达到最大值,峰值压力能够保持0. 01 s左右。气体冲击力随着煤粉粒径目数的增加而增加,试验中4种粒径下气体冲击力平均依次增加10. 9%,11. 4%,7. 6%。气体冲击力在巷道内传播先增强后衰减,粒径80～200目情况下,2. 27,4. 27,6. 27和8. 27 m处传感器冲击波强度依次增强13. 6%、衰减13. 4%、衰减20. 6%。随着距离的增加煤粉对传感器的打击力呈明显的减弱趋势。煤粉运动速度随着煤粉粒径目数的增加而增加,试验中4种粒径下,试验巷道内煤粉平均速度分别为34. 4,37. 3,39. 1,41. 7 m平均速度依次增加31. 4%、减小12. 2%、减小13. 1%。纹影系统可观测到突出激波波阵面,激波波阵面垂直于试验管道轴线向突出方向高速运动。纹影计算得到波阵面的传播速度与理论间接计算值具有很好的一致性。     

煤粉颗粒粒度对煤质分析特性与燃烧特性的影响

采用Ｍａｌｖｅｒｎ 公司的马尔文粒度仪测量煤粉颗粒的平均粒度和粒度分布、及Ｌｅｃｏ 公司的ＭＡＣ－ ５００ 型工业分析仪测量煤粉的工业分析成分, 对合山劣质烟煤、晋城贫煤的各４ 种不同粒径的细化和超细化煤样进行了试验研究, 应用库仑滴定法测定了煤粉颗粒粒度对煤质全硫元素分析的影响． 结果表明, 煤粉颗粒粒度对煤质分析特性有很大的影响, 并进一步影响煤粉的热解、着火、燃烧等特性． 煤粉颗粒粒度是进行煤质分析与燃烧系统设计的重要物理参数．     

顶煤巷道抽排瓦斯对自然发火的影响

在总结顶煤瓦斯工艺巷道基本形式的基础上，通过典型案例分析，讨论了顶煤巷道抽排瓦斯对自然发火的影响因素，提出了应用顶煤巷抽排瓦斯需要注意的问题。     

煤炭自燃火灾的指标气体及检测技术

煤自燃火灾严重威胁着煤炭工业的安全。为了扼制该类火灾的发生,煤自燃火灾指标气体的早期预测预报功能越来越受到人们的重视,为此系统地介绍了煤自燃火灾指标气体及检测技术。     

气体分析法早期预测预报煤炭自然发火技术研究

盘道煤矿煤层为容易自燃煤层,在开采过程中受采空区、煤柱等区域自然发火的影响,严重威胁着该矿的安全生产。论文分析了该矿自然发火标志气体的确定和评价标准,采用束管取样监测系统的测点布置和利用煤矿专用气相色谱仪对煤层自然发火高危地点进行气体分析,从而达到对自然发火的预测预报。     

炉前煤炭气化及热煤气燃烧系统

介绍了炉前煤炭气化及热煤气燃烧联锁一体化的集成化煤气发生炉、自动控制系统和热煤气燃烧系统的组成及其特点。