基于活化能的煤的自燃倾向性研究

针对现阶段我国鉴定煤自燃倾向性方法的不足,分析了活化能判断煤自燃倾向性的可能性。运用热重法分析煤样活化能,通过讨论2种热分析动力学方法的优缺点,决定应用多重扫描率法中的Starink法对3条不同升温速率(5、10、20℃/min)下的煤样热动力参数进行计算。研究表明煤样活化能在反应转化率范围内先变小后增大,其氧化燃烧反应是一个复杂的多步反应。最终通过分析同一煤样不同升温速率下的着火点,发现虽然3个着火点温度不同,但其对应的转化率均接近于一定值,所以选取此定值转化率下的活化能即着火点活化能作为鉴定煤的自燃倾向性的指标。     

升温速率与煤氧化特征关系的实验研究

运用热重分析方法对铁法晓明煤矿的3种煤样在不同升温速率下进行动力学实验,得出实验煤样在不同的升温速率时的4个特征温度值;且随升温速率的提高,煤样的热重(TG)曲线向右偏移。计算得出3种煤样从常温到着火温度前活化能随升温速率增大而增大,通过进一步的分析,认为实验采用较低的升温速率更有助于得出较为准确活化能值。     

煤自燃过程中活化能计算实验研究

自燃倾向性反映了煤自燃的难易程度,是反映煤由最初的吸氧生热到开始加速氧化这一变化过程的过程量,而活化能恰恰是一个可以衡量该过程难易程度的过程指标。采集了佳瑞煤矿15^＃煤层煤样,采用差示扫描量热仪进行了不同煤样粒径、不同升温速率和不同氧气浓度下的煤低温氧化热分析实验。根据Arrhenius方程,分析了煤氧化反应的特点,推导出了煤低温氧化过程活化能计算方法。依据该方法计算了不同实验条件下的煤低温氧化的活化能。实验结果表明:煤样粒径越小,煤的活化能测算值越小,越易着火,即自燃倾向性增大。升温速率越大,煤样的活化能测算值越大;煤的活化能随着氧气浓度的减小而增大,即自燃倾向性减小。     

唐家会矿煤自燃热反应动力学研究

为有效防治唐家会矿煤自燃灾害,利用热重实验,分析了煤样在不同升温速率和不同氧气体积分数下热反应动力学特征。结果表明：在相同氧气体积分数下,升温速率2、5、10℃/min煤的表观活化能分别为150.27、131.97、106.86 k J/mol;相同升温速率下,氧气体积分数为6%、9%、12%、15%、18%、21%煤的表观活化能分别为106.86、120.61、127.31、131.58、135.26、136.82kJ/mol,表观活化能随着升温速率和氧气体积分数的增大而减小,变化规律基本符合对数函数递增;活化能动力学计算结果揭示了不同升温速率和不同氧气体积分数下,燃烧阶段煤氧复合反应程度不同。     

基于TG-MS研究不同升温速率下褐煤热解气体产物析出特性及其动力学参数

为研究褐煤热解特性及动力学参数分布规律,采用热重质谱联用分析仪(TG-MS)对锡林郭勒褐煤进行不同升温速率下的热解实验,研究了不同升温速率下煤样的热失重规律、CO和H_2析出过程的变化规律,并对热解气体产物热值及未冷凝气体效率进行了计算。实验结果表明:煤样热解初始阶段,不同升温速率下水分析出速率相等,与热解升温速率关系不大。随着热解时间延长,煤样的质量逐渐降低。不同升温速率下热解煤样最终残留质量相差不大,平均剩余为6.51mg。热解转化率较小时,活化能E值较大,指前因子A较高。随着热解转化率的逐渐增大,反应活化能呈现降低趋势,这表明随着热解温度的升高,煤中分子吸收能量后克服反应势垒差值降低,热解反应速率增大。CO和H_2释放过程可大致分为三个阶段,且析出峰温随着升温速率增大向高温段移动。热解气体产物热值和未冷凝气体效率呈波浪状变化趋势。     

贫煤氧化燃烧热效应及热动力学参数研究

为了探究贫煤煤样的氧化燃烧热效应及热动力学行为,分别采用C80微量热系统和热重实验装置对样品进行测试;分析了贫煤煤样在低温氧化及氧化燃烧过程中的热效应,同时也研究了升温速率对贫煤燃烧过程的影响,最后对煤样燃烧过程中的表观活化能和最概然机理函数进行了分析。结果表明:贫煤的低温氧化过程可划分为缓慢氧化阶段、加速氧化阶段和快速氧化阶段;随着升温速率的升高,煤样的TG/DTG曲线向高温区域移动,DTG曲线峰值升高,燃点温度升高;煤粉在热解燃烧阶段的表观活化能随转化率的增加呈现出先升高后下降的趋势,在转化率为0.2时表观活化能达到最大值,为32.4 kJ/mol;升温速率对反应最概然机理函数影响较小,4种升温速率下的反应最概然机理函数均符合A-E方程随机成核和随后生长模型,且函数曲线峰值随升温速率的升高而增大。     

长焰煤燃烧特性热重实验及动力学分析

为了进一步了解和掌握长焰煤的自然发火过程,利用热重—差热同步热分析仪对唐家会矿长焰煤进行热重实验,分析了不同氧气体积分数及升温速率下煤样的TG、DTG曲线、特征温度、DSC、DDSC曲线和热反应动力学参数。结果表明,同一氧气体积分数下,升温速率增大时TG、DTG、DSC、DDSC曲线的变化趋势相同且均向高温侧偏移,而相同升温速率下,氧气体积分数增大时TG、DTG、DSC、DDSC曲线均向低温侧偏移。氧气体积分数分别为6%、12%、18%时,煤样活化能分别为187.65、194.13、200.78 kJ/mol,随氧浓度增大而增大;升温速率分别为2、5、10℃/min时的煤样活化能分别为242.94、208.51、200.78 kJ/mol,活化能随着升温速率的增大而减小。此研究结果可以为类似赋存长焰煤的矿提供防治煤自燃灾害的理论基础。     

基于活化能指标研究不同变质程度烟煤的自燃倾向性

为了研究以活化能指标判定不同煤的自燃倾向性,选取了4种不同变质程度烟煤煤样,通过煤自燃性升温实验,并结合公式计算得出不同温度时刻煤样氧化的耗氧速率;运用化学反应动力学原理计算出煤样的表观活化能。研究结果表明:以表观活化能表征煤自燃倾向性,在其他条件相同的情况下,若不同变质程度煤样的指前因子变化不大,则变质程度越高,煤表观活化能越大,煤越不易自燃;若不同变质程度煤样的指前因子变化较大,则需要综合考虑指前因子和表观活化能来判断煤自燃倾向性。煤的指前因子越大且表观活化能越小,表征煤越易自燃;反之,煤的指前因子越小且表观活化能越大,表征煤越不易自燃。     

煤的自燃倾向性新分类方法

应用热重分析仪实验研究了神东矿区不同层位和不同工作面煤的自燃特性,结果表明：煤氧化燃烧过程分为3个阶段,即升温失水失重阶段、升温增重氧化阶段、升温燃烧失重阶段.对应3个阶段的活化能分别为失水活化能、着火活化能和燃烧活化能.着火活化能是指从增重开始到增重结束转为失重的拐点处阶段的活化能,以煤的着火活化能判定煤炭的自燃难易程度的新方法.着火活化能越小煤样越容易自燃,着火活化能越大煤样越不易自燃.     

基于量热分析煤低温氧化中活化能研究

 摘 要：通过量热分析DSC法的手段,研究了煤低温氧化的活化能。通过筛选粒径为32～60目、60～90目、90～200目煤粉进行分析,并在不同升温速率条件下且在氮、氧比例为4:1的环境中进行。试验取得了各自煤样不同条件下的活化能变化趋势,并通过计算得出了各自的活化能值,为划分煤自燃倾向性提供一个科学有效的指标。     

煤矸石热解特性及热解机理热重法研究

利用热重法研究了5种不同产地的煤矸石,在不同热解温度、样品粒度、升温速率时其热解过程及特性,得出了煤矸石的热解特征温度和热解特性参数.并对煤矸石的热解机理进行了分析,得到煤矸石的热解机理方程式和反应动力学参数.结果表明：热解温度、煤矸石种类、样品粒度和升温速率对煤矸石热解过程及特性有重要影响;煤矸石在热解初始阶段,热解反应服从三维球形扩散机制,并且其挥发分不易析出,活化能比较高,随着温度提高,挥发分大量析出,活化能有所降低;煤矸石热解第2阶段受液化反应控制,服从级数为3/2的化学反应,对于发生二次反应的煤矸石,在热解后期,二次挥发分析出需大量能量,活化能比较高.     

CO2防控氧化煤复燃效率的试验研究

为掌握不同体积分数CO₂对氧化煤复燃过程的抑制效果,采用自主研制的煤自燃氧化程序升温试验装置,对平煤八矿煤样分别通入体积分数为10 %、20 %、30 % 和40 % 的CO₂进行试验研究,测定了煤初次和二次氧化升温过程中的耗氧速率、CO产生率以及表观活化能的变化规律。结果表明:与煤在纯空气条件下的氧化自燃相比,不同体积分数的CO₂对煤氧化升温过程均具有抑制作用。同时,通入的CO₂体积分数越大,煤初次和二次氧化升温过程的耗氧速率和CO产生率越低,表观活化能越高,即CO₂的体积分数越大,对氧化煤复燃过程的抑制效果越好。     

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。     

采用快速氧化实验研究大同煤的自燃特性

采用辅助热源外加热实验装置,得到了煤样快速氧化的温升速率、耗氧速率、一氧化碳以及二氧化碳气体生成速率;根据实测的自燃过程特性参数,将煤低温氧化过程分为潜伏期阶段和自热期阶段.潜伏期阶段氧气消耗量较少,自热期阶段会生成大量的一氧化碳和二氧化碳气体.在低温氧化过程的2个阶段,分别确定出煤氧化的耗氧速率计算表达式,得到了煤低温氧化过程的动力学参数活化能和指前因子.     

神华煤液化残渣的热解特性研究

以N2为载气,流速为20 mL/min,升温速率分别为15,30,45和60 ℃/min,终温1 200 ℃ 的条件下,用TGA/SDTA851热失重分析仪进行了神华煤液化残渣的热解特性试验研究.实验得到了神华煤液化残渣热解的TG和DTG曲线,表明神华煤液化残渣的热解是分两步进行的.在低温段主要是神华煤液化残渣中挥发性的气体溢出引起热解失重;高温段则主要是一些高分子有机质的热解过程.低温段的热解是主要的,它基本上热解掉了神华煤液化残渣重量的30%~40%.神华煤液化残渣挥发分含量很高且具有集中析出的特性,在240~370 ℃区间内可挥发物质迅速热解完毕.其在高温段的热解产率很小,只有总重量的10%~13%.随着升温速率的增加,低温段和高温段热解的区分更加明显,且使神华煤液化残渣的热解产率提高.此外,还给出了不同升温速率下的神华煤液化残渣热解特性数据和化学反应动力学参数.     

细煤粉燃烧特性的热分析研究

 采用热天平研究了细化鹤岗煤样的燃烧特性,分析了粒度、升温速率和氧气浓度对细化煤粉燃烧特性的影响。结果表明：在氧气充足,较慢的升温速率,粒度低于60μm的条件下,小粒度煤粉的燃尽性能优于大粒度煤粉,并且粒度的增加可使细煤粉的综合燃烧特性变差;升温速率的提高可使细煤粉的最大失重速率增大,最大失重速率对应的温度升高,有利于改善细煤粉的燃尽性能和综合燃烧特性;氧气浓度低于20％时,氧气浓度的增大可以改善细煤粉的燃尽特性和综合燃烧特性。     

生物质与煤混烧燃烧特性参数研究

应用TG-DTG热重分析方法研究分析煤与生物质的混合燃烧过程,考查了生物质占比、O2浓度、升温速率对煤与生物质混合燃烧特性参数的影响。结果表明,生物质掺入煤中可以改良原煤的燃烧性能,增加生物质占比、O2浓度、升温速率都可以改善煤的着火性能、燃尽性能及综合燃烧性能,有助于燃烧的进行。     

煤特征放热强度的实验研究

通过煤自燃程序升温实验,测定出煤体的耗氧速度、CO和CO2的产生率,采用键能平衡法推算煤体的最大和最小放热强度,并通过与相关大型煤自然发火实验结果的关联分析,建立了煤体实际放热强度与最大和最小放热强度的函数关系,提出了表征煤体低温氧化放热性且仅与煤体破碎程度和氧气浓度有关的综合指标——特征放热强度.然后根据不同粒度和入口氧气浓度不同条件下程序升温实验的结果分析,得出表征煤体自燃性的强弱——煤体特征放热强度与粒度和入口氧气浓度的实验关系式,从而为定量判定不同条件下煤体自燃性的大小提供理论依据.     

冲击载荷作用下煤岩破碎与耗能规律实验研究

为了探索煤岩在冲击过程中的破坏特征和能量耗散规律,利用Φ75 mm霍普金森压杆(SHPB)实验装置,对煤岩试件进行不同应变率条件下的冲击压缩实验,分析了冲击加载速率对煤岩破碎耗能和块度分布的影响。实验结果表明:在实验应变率范围内,随着子弹速度的提高,应变率和应力波携带的能量均呈线性增长,而煤岩破碎耗散能则呈指数上升。通过对实验碎块进行块度分维,发现随着应变率的提高,试件的耗散能密度快速增大,煤岩碎块的分形维数就越大,块度越细,破坏的程度越剧烈。分形维数与应变率及耗散能密度之间呈对数增长的关系,即分形维数增大的趋势变缓。