超细煤粉着火特性的热重分析

采用热重法,分析了粒度、升温速率和氧气浓度对超细煤粉着火特性和燃烧特性的影响.实验结果表明,减小煤粉粒度,增大氧气浓度有利于降低煤粉着火温度,增大煤粉的燃烧速率,提高超细煤粉燃烧性能.升温速率对煤粉的燃烧特性也有影响,随着升温速率的提高超细煤粉的着火温度升高,最大失重速率增大,最大失重速率对应的温度升高.     

硫化矿尘云最低着火温度试验研究

利用标准测试装置Godbert-Greenwald 恒温炉对硫化矿尘进行了矿尘云最低着火温度试验研究。在设定试验条件下测试了硫化矿尘云最低着火温度,并探究了矿尘含硫量、粒度以及质量浓度对硫化矿尘云最低着火温度的影响。结果表明：A、B、C 3种硫化矿尘云最低着火温度分别为386、454、512 ℃;最低着火温度随矿尘含硫量的增加而降低、随粒径的减小而降低、随矿尘质量浓度的增加呈现先降低后升高趋势。研究结果对了解硫化矿尘云着火、爆炸危险性和指导硫化矿山安全生产具有参考价值。     

W火焰锅炉无烟煤煤粉气流着火特性

针对采用缝隙式燃烧器的600 MW超临界W火焰锅炉进行了热态试验研究,着重考察了不同工况下无烟煤煤粉气流的着火特性。试验结果表明,煤粉气流着火特性受燃烧器配风和煤粉浓度影响较为敏感。较低的一次风速可以显著缩短浓相煤粉气流着火距离,在1 m左右可以稳定的着火;二次风应在煤粉气流着火后补入,过大或过小的二次风均容易引起燃烧恶化;无烟煤煤粉气流的燃烧宜采用较高的煤粉浓度,煤粉浓度提高至1.0 kg/kg后浓相煤粉气流的着火更加稳定。控制合适的煤粉气流着火距离对W火焰锅炉运行非常重要,着火延迟距离过大后会引起火焰中心的下移从而容易造成冷灰斗区域的温度过高。     

煤尘着火温度与其粒径的关系研究

通过测定不同粒径范围下煤尘层和煤尘云的最低着火温度,得到如下结果:煤尘层和煤尘云的最低着火温度随着煤尘粒径的减小而降低;煤尘层的最低着火温度随煤尘层厚度的增大而降低;同一粒径范围内,煤尘层的最低着火温度低于煤尘云的最低着火温度。分析了煤尘层着火温度与煤尘云最低着火温度概念上的区别,对煤矿防尘工作提出有效建议。     

瓦斯煤粉耦合体系着火实验研究

为研究煤矿井下瓦斯、煤粉、空气3成分体系的着火特性,在改进的粉尘云最低着火温度测试装置(G-G furnace)内,选取4种煤样进行瓦斯与煤粉耦合条件下的引燃实验研究。 实验结果表明：当有煤粉存在时,瓦斯-煤粉-空气3成分耦合体系的最低着火温度（MIT）均低于瓦斯、煤粉的最低着火温度,且煤粉粒径越小、煤粉挥发分越大,耦合体系的最低着火温度下降的越多。D50≈25 μm的1号煤样使得耦合体系的着火温度比瓦斯低340 ℃,比煤粉低110 ℃。说明煤矿井下电气设备按纯的甲烷气体进行防爆温度设计和选型,若不考虑煤粉的影响,具有引燃瓦斯-煤粉-空气3成分耦合体系的风险,需加以完善和改进。     

煤粉射流中颗粒团的传热及其对着火行为的影响

建立描述煤粉射流中典型尺寸颗粒团的传热及着火过程的瞬态数学模型,考察其在高温环境中的升温特性和着火行为。模型计算发现,颗粒团的升温过程与颗粒团尺寸明显相关,对流换热份额随着颗粒团当量直径Dc的增加而下降。在火焰温度Tf=2 000 K、烟气温度T)s=1 400 K的条件下,对于D_c=3 mm的颗粒团,对流换热量Q_(conv,sc)占总换热量的86%;Dc=10 mm时,辐射换热量Q_(rad,fp)占到60%;而D)c≈8 mm时,对流换热与辐射换热量相近。火焰辐射温度T_f的升高降低了对流换热份额,并使得Q_(conv,sc)=Q_(rad,fp)对应的临界D_c,即D_c*减小。T)f对D_c较小的颗粒团的加热和着火影响较小,对D_c较大的颗粒团的影响明显。烟气温度Ts升高时,对流换热份额升高,D_c*增大。T_s在D_c较小时对着火时间影响较大,而D_c较大时影响不再明显。煤粉浓度增加时,颗粒团着火时间先明显下降,在0.6~0.8 kg/m~3的范围内达到最小值,而后随着煤粉浓度的进一步增加而略微增加。     

浅埋深厚煤层工作面采空区自燃“三带”研究

以万利一矿42303工作面为背景,通过理论分析、现场实测等手段对浅埋深厚煤层工作面采空区自燃“三带”进行研究,研究结果表明:采空区自然发火是其氧浓度场、煤岩固体温度场、气体温度场及流场等耦合作用的结果。氧气及气体温度的迁移和扩散受气体流动影响。遗煤氧化反应放热量受氧浓度场影响,对煤岩固体温度场产生影响。气体与煤岩固体之间会通过对流换热相互影响。气体温度发生变化会导致流场气体密度发生改变,并对采空区内压力及速度分布造成影响。由于受上覆载荷影响,根据煤岩体孔隙率划分的自然堆积区、载荷影响区和压实稳定区,分别与采空区自燃“三带”散热带、氧化带及窒息带呈一定程度对应关系。     

煤尘粒径与最低着火温度的关系研究

对所采集煤尘样品进行实验分析,测定了不同粒径范围下煤尘层和煤尘云的最低着火温度。结果表明,煤尘层和煤尘云的最低着火温度随着煤尘粒径的减小而降低;煤尘层的最低着火温度随煤尘层厚度的增大而降低;同一粒径范围内,煤尘层的最低着火温度低于煤尘云的最低着火温度。分析了煤尘层最低着火温度与煤尘云最低着火温度概念上的区别,并对煤矿防尘工作提出了可行建议。     

最低点火温度条件下煤粉自燃特性试验研究

火电厂及煤化工行业中需要将原煤加工成煤粉,煤粉在制备及输送过程中具有粒度小、环境温度高和供氧条件充分等特点,易发生自燃现象。最低点火温度Tm指在一定条件下煤粉能够发生自燃的最低环境温度,是衡量煤粉自燃危险性的重要参数。因此,研究煤粉在最低点火温度下的自燃特性参数及热动力学行为,对了解在最低点火温度时煤粉自燃行为、建立相应的预警机制具有重要意义。以3种不同变质程度的煤粉(张家卯弱黏煤ZJM、兖州气煤YZ和长治贫瘦煤CZ)为研究对象,采用油浴程序控温试验装置对煤样自燃特性进行测试,确定了3种煤粉的Tm和延迟点火时间ti;得出最低点火温度下各煤样耗氧速率、CO及C2H4产生量的变化规律;采用热动力学分析方法计算了3种煤粉的表观活化能。试验结果表明:①ZJM、YZ和CZ煤粉的最低点火温度分别为120、130、164℃,随变质程度的增加而增加;煤的变质程度越高,内部活性基团数量越少,自燃需要热量更多,导致高变质程度煤的最低点火温度较高;3种煤粉在最低点火温度处的延迟点火时间均约为20 min。②耗氧速率呈现出先增加后缓慢减少的趋势,在试验后期由于氧气浓度较低,引起煤粉氧化反应强度降低,最终导致耗氧速率出现缓慢下降;最低点火温度处的CO产生量随时间呈现出先升高后降低趋势,当煤粉温度约120℃时,产生C2H4。③最低点火温度处ZJM、YZ和CZ煤粉的表观活化能分别为24.33、29.50和18.67 kJ/mol,其中变质程度最高的CZ煤粉的表观活化能低于另外2个煤样,这表明高变质程度煤样的最低点火温度高,初期氧化反应速率较高。     

豹子沟矿9号煤层自燃指标性气体优选实验研究

为了提高煤层氧化释放的指标性气体预测煤层自燃可靠性,利用煤自然发火气体产物实验装置,对豹子沟煤矿9号煤层煤样氧化过程进行模拟,重点研究氧化过程中气体产物的生成规律及特性、标志性气体分析与优选、煤自燃临界氧气浓度等。研究结果表明,CO、C_2H_4和C_3H_6气体出现的临界温度分别在61℃、159℃和210℃左右;CO是煤样氧化过程中出现最早、且贯穿整个氧化过程的预测煤层自然发火的最佳指标气体;煤炭自然发火的临界氧气浓度为7.0%。     

挥发分对煤尘云最低着火温度的影响

挥发分是煤尘受热时析出的成分,是影响煤尘云最低着火温度的主要因素之一。利用煤尘云最低着火温度测定系统对7种不同挥发分煤样的煤尘云最低着火温度进行了测定。主要得到如下结论:挥发分不同的煤尘云在最佳着火情况下的火焰状态不尽相同,但并不能单纯根据挥发分的大小对着火火焰类型进行分类;随着喷尘压力的增加,煤尘云最低着火温度先降低后升高;随着煤尘质量的增加,煤尘云最低着火温度也呈现先降低后升高的现象;煤尘云最低着火温度随挥发分的增大总体呈下降趋势。     

挥发分对煤尘云最低着火温度的影响

挥发分是煤尘受热时析出的成分,是影响煤尘云最低着火温度的主要因素之一。利用煤尘云最低着火温度测定系统对7种不同挥发分煤样的煤尘云最低着火温度进行了测定。主要得到如下结论:挥发分不同的煤尘云在最佳着火情况下的火焰状态不尽相同,但并不能单纯根据挥发分的大小对着火火焰类型进行分类;随着喷尘压力的增加,煤尘云最低着火温度先降低后升高;随着煤尘质量的增加,煤尘云最低着火温度也呈现先降低后升高的现象;煤尘云最低着火温度随挥发分的增大总体呈下降趋势。     

张双楼煤矿回撤工作面自然发火预警标志气体及临界值确定

张双楼矿7201边界工作面总回撤时间超过煤层最短自然发火周期,为确定边界工作面煤自燃主控因素、煤层自然发火标志气体及其预警临界值,通过统计采空区遗煤分布、煤孔裂隙、围岩变形、含水率及采空区漏风等容易引起煤自燃的参数,得出工作面自燃的煤层孔裂隙发育及采空区漏风为主控因素;建立了煤升温氧化过程中标志性气体温度与浓度的关系,提出CO增加速率与烯烷比为辅助指标判断煤自燃的预警指标。研究发现煤温度80～90 ℃之间时煤体CO产生速率发生了突变,得出回撤工作面遗煤的临界自燃温度为80～90 ℃。     

氧气体积分数对楔形热板煤自燃特性的影响

为了研究氧气体积分数对楔形热板煤自燃特性的影响,建立了二维瞬态煤自燃楔形热板模型,考虑了自燃着火和阴燃蔓延结合的平行反应,具体研究了不同氧气体积分数下煤自燃的温度变化、煤氧化反应速率以及煤体高温点的运移过程。结果表明:建立的模型与实验结果有较好的一致性,随着氧气体积分数的增加煤体易发生热失控,并且对应的最小着火时间在推前;随着氧气体积分数的增加,煤氧化反应速率的峰值大小在逐渐增加,反应速率的极值点大小与氧气体积分数呈指数相关;对于煤氧化反应初期,由于氧气较为充足,煤氧化反应不剧烈,高温点始终位于楔形热板夹角处;随着煤氧反应的加剧,煤体受温度以及氧气浓度的约束,煤氧反应表现竞争氧气的现象,高温点由夹角向自由表面移动,并且低氧部位也向上移动。     

高地温矿井煤自燃特性及极限参数试验研究

为了研究高地温矿井煤自燃特性及极限参数,采用煤自然发火实验台测试得到某高地温矿井煤样自然发火期和气体产生规律,计算了煤样自燃极限参数。研究结果表明,高地温环境可显著地缩短煤的自然发火期。通过对煤自燃极限参数的具体测试以及分析,对于上、下限氧浓度产生影响的主要因素包括最小浮煤厚度、煤温变化、煤样的临界温度及自然发火标志气体出现的极值温度。     

采空区低氧环境中煤自燃特性及极限参数研究

采空区氧化升温带内的氧气浓度主要在10%～18%之间，煤主要发生低氧环境氧化。因此，研究低氧环境中煤自燃特性及极限参数有重要意义。文章采用煤自燃程序升温实验测试了低氧环境煤自燃氧化特性，得到了CO和C₂H₄等氧化气体与温度的对应关系。煤自燃最小浮煤厚度随煤温升高，表现为先上升后下降的趋势，上限漏风强度则表现为先下降后上升的趋势；在煤的氧化温度为60～70℃时，煤自燃极限参数达到极值。采空区内氧气浓度降低，煤自燃氧化放热性特性逐渐减弱，造成煤的最小浮煤厚度随氧气浓度降低而升高，下限漏风强度随氧气浓度降低而减小。     

颗粒间距对煤粉颗粒着火和燃烧行为影响的理论研究

为了探究复杂燃烧组织形式下煤粉颗粒间距变化所带来的颗粒着火和燃烧行为的差异，以典型烟煤为研究对象，开展了不同颗粒间距下煤粉颗粒着火与燃烧特性的理论模拟研究，主要考察着火延迟时间、着火模式及关键流场、组分场特性随颗粒间距D的演变规律。结果表明，当颗粒间距较大，煤粉颗粒群的燃烧行为与单颗粒燃烧行为相似；对于粒径为70μm的烟煤颗粒，在1 500 K-0.2O₂的条件下，均相着火滞后于非均相着火发生，且该现象对于气相反应机理的选取不敏感。当颗粒间距缩小（≤8d）,煤粉颗粒的气相燃烧行为与单个煤粉颗粒有较大的差异。由于颗粒之间的相互作用，挥发分在下游颗粒边界处发生富集，气相着火点在下游颗粒边界产生，并逐步发展至上游颗粒，促使气相连续火焰的形成。由于上述颗粒间的相互作用，上游和下游颗粒的挥发分着火均有所提前，使得颗粒的着火模式向均相着火倾斜，且下游颗粒着火模式倾斜程度较上游颗粒更为明显。当颗粒间距缩小，多颗粒燃烧形成火焰包络面，导致颗粒边界层富燃贫氧区域的扩大，这对燃烧过程中氮氧化物等的生成具有重要影响。     

用CO浓度预测矿井煤炭自然发火期

本文分析了煤炭自燃过程中的各种参数,以火区附近的CO浓度为预测指标,利用灰色系统理论建立了自然发火期的预测模型,并对某矿煤的氧化自燃过程作了分析。     

多参数遗煤耗氧速度耦合模型研究

为了研究林南仓矿采空区自然发火遗煤耗氧速率的影响因素,采用了控制变量法研究出煤的变质程度、遗煤环境对耗氧速度的影响,同时采用Matlab软件对这两个因素同时进行回归分析,建立遗煤的耗氧速度耦合模型。并根据《煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法》的实验计算出的耗氧速率与模型中的条件及结果几乎一样,结果表明,氧气浓度与耗氧速率是正相关关系,温度与耗氧速率是指数关系,温度和浓度耦合是显著线性回归的。     

烟煤煤尘云最低着火温度实验研究

为了研究彬县大佛寺矿不粘煤、安徽口孜东矿气煤、山西天池矿301工作面瘦煤等3种烟煤的煤尘云最低着火温度,实验采用Godbert-Greenwald加热炉对以上3种烟煤的煤尘云最低着火温度进行了测试。研究发现气煤、不粘煤、瘦煤的灰分依次增大,挥发分依次减小,固定碳依次增大,水分随瘦煤、气煤、不粘煤依次增大;这3种烟煤煤尘云的最低着火温度都随煤尘粒径的减小而降低;根据最低着火温度,得知煤尘云被引燃的难易程度依次为瘦煤、不粘煤、气煤。此基础研究可为煤矿的安全生产提供实验依据。