煤在H2/Ar等离子体热解过程中脱氮脱硫的研究

对几种中国煤在H₂/Ar等离子体热解过程中的脱氮脱硫进行了实验研究，结果表明:煤中氮在H₂/Ar等离子体热解过程中主要以HCN形式存在，也有少量氮转化为NH₃，脱氮率最高达50%；HCN的产率随煤种和输煤速率的变化而变化，NH₃的产率随输煤速率的增大变化不大，与煤种没有一定的对应关系；HCN的产率大于煤常规加氢热解，而NH₃产率(<1.5%)则相反；煤中氧含量较高时，HCN和NH₃的产率较低；煤中硫转化生成的H₂S产率随输煤速率的变化而变化，脱硫率最高达60%左右，煤等离子体热解反应后得到的焦样n(N)/n(C)和n(S)/n(C)都小于原煤.      

大同煤在等离子体热解中生成HCN和NH3的研究

对大同煤中氮在等离子体反应器内的转化进行了研究，考察了输煤速率、输入功率和反应气氛等实验条件对HCN和NH₃生成的影响，同时基于Gibbs自由能最小原理，计算了C-H-O-N的热力学平衡组成. 实验和计算结果表明：煤中氮在等离子体中主要以HCN形式存在，也有少量氮转化为NH₃.随着温度的升高，理论计算得到HCN的产率逐渐增大而NH₃的产率逐渐降低，而实验结果却显示HCN和NH₃的产率逐渐升高.在纯Ar等离子气氛中随供煤速率的增加，HCN的产率呈先增大后减小的趋势，NH₃的变化趋势相反；随反应器输入功率的提高，HCN和NH3的产率逐渐增大. H₂的引入有利于HCN和NH₃的生成，CO₂降低了HCN和NH₃的产率，而O₂有利于NH₃的生成，但也促进了HCN 的进一步转化.     

氮气对复采工作面遗煤复燃的防治效能

为探究不同体积分数N₂对复采工作面遗煤复燃过程的防治效果,采用自主研发的程序升温试验装置,对煤样分别通入体积分数为10%、20%、30%和40%的N₂,以氧化反应过程中耗氧速率V_O2、一氧化碳产生率V_CO和表观活化能E的变化情况来反映煤自燃的发展程度。试验表明:不同体积分数的N₂对煤氧化升温过程均具有抑制作用,相比于煤在纯空气条件下的氧化自燃,通入的N₂体积分数越大,煤初次自燃和二次氧化升温过程的V_O2和V_CO更低、E更高,说明通入的氮气体积分数越大,对煤氧化升温过程的抑制效率越好。其中,在煤初次自燃阶段,当N2体积分数C_N2≥20%时抑制效果更佳;在煤二次氧化复燃阶段,当N₂体积分数C_N2≥40%时抑制效果更佳。     

氧化煤低温氧化特性及演化规律

为了探究氧化煤的低温氧化特性及演变规律,采用程序升温实验系统,对平煤八矿煤样分别预氧化至60 ℃、90 ℃、120 ℃、150 ℃、180 ℃、210 ℃时通入N₂绝氧降温形成的氧化煤,进行低温氧化程序升温实验;为进一步揭示不同灭火条件下形成的氧化煤低温氧化行为特征,对煤样预氧化至120 ℃时,通入3种不同体积分数N₂灭火后形成的氧化煤,开展低温氧化程序升温测试,测定这两类氧化煤低温氧化过程耗氧速率、标志性气体(CO、CO₂)产生率以及放热强度的变化规律。结果表明:氧化煤的耗氧速率、标志性气体产生率和放热强度均小于原煤;预氧化至90 ℃煤样的自燃特性参数更接近原煤,说明预氧化至临界温度的煤更易发生复燃;而预氧化至120 ℃时通入N₂的体积分数越高,这类氧化煤的自燃特征参数越接近原煤,说明通入N₂体积分数越高的煤复燃能力越强。因此,开采近距离煤层群、复采工作面以及启封火区等区域的煤体时,应防范其发生复燃。     

煤的模型化合物混合燃料气流床气化过程中NH3的生成率

将煤的含氮模型化合物吡啶配入柴油中模拟煤中氮的存在形式,考察了该混合燃料在四喷嘴对置式气化炉实验装置中,不同氧碳比对气化室出口NH₃生成率的影响.结果表明,在氧碳比1.05～1.97 m³/kg范围内,NH₃生成率存在最大值;当燃料中N含量过高时,NH₃生成率较低;碳转化率和气化炉型也是影响NH₃生成率的重要因素.     

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...     

氨煤混燃过程中NH/煤焦/O2异相体系N氧化的分子机理

为了实现双碳目标，降低煤电碳排放势在必行。无碳燃料氨与煤混烧被认为是降低火电碳排放的有效途径之一。而氨作为N源，增加了氨煤混燃NO_x排放量升高的可能性，因此，深入研究氨煤混燃NO生成机理对实现氨煤混燃低碳低氮燃烧十分关键。采用量子化学方法探究了当NH₃以NH形式存在时氨煤混燃N的氧化机理，并采用波函数分析NH和O₂在煤表面的吸附行为。计算结果表明，NH在C5表面吸附形成中间体IM1的过程为放热过程，放热量高达754.79 kJ/mol,且C原子为电子供体而失电子，NH为电子受体而得电子，促进C—N键键合。进一步探究O₂以不同方式吸附时NH/煤焦/O₂体系的反应机理，得出NH/煤焦/O₂共燃体系首先发生NH在煤焦表面的氧化，随后煤焦表面残余氧或体系中O₂将煤焦-N进一步氧化。NH/煤/O₂异相体系中NH通过不同反应路径生成氧化产物NO、NO₂和HNO,对应决速步能垒分别为120.67、323....     

瓦斯对煤自燃过程中官能团演变的影响

为了探究瓦斯与煤自燃复合灾害演化过程中瓦斯对煤自燃进程的影响机制,以煤体内部化学官能团作为指标变量,基于正交实验设计及分析方法,分别研究了煤自燃过程中CH₄浓度、O₂浓度、N₂浓度及氧化温度对煤体内部不同种类官能团的影响规律。实验结果表明:与—CH₂—/—CH₃、C—H或—OH等其他官能团相比,—COOH与煤体氧化程度的线性拟合相似度最高,能够准确地反映煤体氧化进程。煤自燃过程中CH₄对—COOH占比的影响可分3个阶段进行,CH₄浓度＜6.0%时,CH₄有助于—COOH等官能团的氧化消耗,且浓度增加激励作用更为显著;6.0%＜CH₄浓度＜13.6%时,CH4仍起到促进作用,但促进幅度逐步降低;CH₄浓度＞13.6%时,CH₄起到抑制作用,且随着浓度的增加抑制作用逐步加剧;相较于N₂,低浓度和中浓度时CH₄对—COOH消耗的促进效应更强,高浓度时对—COOH消耗的抑制效应则更弱。     

MgCl2及Vitamin C抑制煤自燃效果的实验研究

为了探究不同阻化剂对煤自燃氧化的阻化作用,基于气相色谱仪、电子自旋共振波谱仪(ESR),对比分析了原煤、原煤+MgCl₂,原煤+抗坏血酸(Vc)3种煤样低温氧化过程中的CO生成量、自由基变化规律。实验表明：MgCl₂及Vc均在一定程度上抑制了煤的自燃,且经Vc阻化煤样的CO生成量小于经MgCl₂阻化处理的煤样,Vc抑制自由基浓度增大的效果较MgCl₂更为显著;在120℃以上时,MgCl₂对自由基生成的抑制作用减弱;各煤样g因子值随氧化温度的增加而增加,且经MgCl₂及Vc阻化处理的煤样g因子值均小于原煤;总的来说,Vc对煤自燃的抑制效果优于MgCl₂。这些研究为煤自燃防治工作提供依据。     

高压注入条件下N2对含水煤中CH4置换效应的影响

为了揭示高压注入条件下N₂对不同含水率煤中CH₄置换效应影响,基于含水率为0.75%、1.5%和3%的3种煤样,开展了高压注N₂置换CH₄实验。实验结果表明：随着煤含水率的增加,煤吸附CH₄和N₂的能力表现出逐渐减弱的趋势,N₂的吸附量始终小于CH₄的吸附量,且N₂置换CH₄的能力逐步下降;在本实验压力条件下,CH₄预吸附平衡压力超出0.75 MPa越大,其N₂利用率越低。同时随煤含水量的增加,CH₄置换率、N₂注置比均出现逐步减小的趋势,因此可得CH₄置换率、N₂注置比均与煤的含水量呈负相关关系。实验含水煤样更好的还原井下处于潮湿环境中的原煤,通过CH₄置换率和N₂注置比的反馈得出,过大的注气压...     

一维煤粉燃烧炉内氮释放特性试验研究

主要对煤粉燃烧过程中氮的析出特性进行了研究，并探讨了煤质特性、结构参数和运行参数对氮析出特性的影响，在试验研究的基础上得出了煤粉燃烧过程中氮污染物的析出规律．结果表明，随煤化程度的加深，生成NO的浓度降低；煤阶与氮含量变化不明显；随氮含量的增加．NO浓度升高，氮的转化率降低；细煤粉粒度、低过量空气系数、湿煤粉以及烟气中较高的CO含量均使氮析出量降低．     

O2 /CO2 气氛中低氧浓度下煤粉和煤焦的NO生成规律

在石英固定床反应器上,分别考察了O 2 /CO 2 和O 2 /N 2 浓度比对山西褐煤挥发分氮和煤焦氮向NO转化的影响以及CO浓度对煤焦的NO生成特性的影响。结果表明：O 2 浓度为15%时,O 2 /CO 2 气氛中煤粉的NO释放峰值下降且峰值出现时间提前,而煤焦的NO生成规律受气氛变化的影响较小;随O 2 浓度的升高,NO累积量先升高后降低;O 2 /N 2 气氛下NO累积量逐渐升高;O 2 /CO 2 气氛对于抑制煤粉的NO排放具有较好的效果,并且随O 2 浓度的升高,O 2 /CO 2 气氛对煤焦的NO抑制效果逐渐升高;在O 2 /N 2 气氛下随O 2 浓度的升高,煤焦氮的贡献率逐渐升高,O 2 /CO 2 气氛中煤焦的贡献率始终大于O 2 /N 2 气氛下;O 2 /CO 2 气氛中,加入1.5%的CO后,NO的累积量相对未加入CO时降低了14.1%。     

CaSO_4/膨润土载氧体煤直接化学链燃烧中PAHs的生成

为了控制煤直接化学链燃烧中多环芳烃(PAHs)的生成,减少载氧体表面的积碳现象,在模拟化学链燃烧反应器中,采用机械混合法制备的CaSO_4/膨润土载氧体与煤发生化学链燃烧反应,利用气相色谱仪对PAHs进行定性和定量分析,研究了不同煤种、不同温度、不同载氧体/煤比例PAHs的排放特征。结果表明,随挥发分的增加,不同煤种生成的PAHs总量分布依次为:无烟煤烟煤1烟煤2烟煤3。煤中含碳量、H/C摩尔比、O/C摩尔比对PAHs的生成也有一定的影响。化学链燃烧反应主要生成2环、3环芳烃,4环、5环芳烃相对较少,均没有生成6环芳烃。当温度为900℃,载氧体/煤为2.4时,CaSO_4/膨润土载氧体与烟煤3反应生成的PAHs总量最少。     

O2/CO2煤炭地下气化模型试

利用O2/CO2作为气化剂进行煤炭地下气化,不仅能够提高煤气中有效组分的含量和CO/H2比例,而且煤气脱碳后适合用于合成甲醇或液化天然气（LNG）。为考察O2/CO2地下气化的可行性,通过模型试验在模拟煤层中进行不同O2/CO2比的气化试验,考察不同CO2浓度气化下的煤气组分特征、温度场分布、燃空区立体形状以及污染物析出情况。试验表明：CO2体积分数为40%~50%时,煤气中的CO和H2的含量均在25%左右,CO2的含量小于50%。与已有的富氧空气地下气化模型试验结果相比,在气化剂中的CO2能够抑制地下气化过程中CO2的生成,O2/CO2气化下的温度场相对较低,气化过程中煤层的最高温度也只有1 200 ℃,对煤气有效组分的生成比较有利。最终的燃空区3D形状符合一般燃烧扩展规律,试验过程中还监测了硫化氢、氨气和焦油等污染物的析出量。     

生物质/烟煤粉体燃料在空气分级燃烧下NO排放特性研究

为了对小型生物质/煤粉工业锅炉低氮燃烧提供理论指导,采用两段式滴管炉试验系统模拟粉体工业锅炉热态环境,研究了生物质与煤在不同配风燃烧方式下的NO排放特性,考察了掺混生物质种类、生物质质量掺混比、配风比、过量空气系数等因素对NO排放量、燃料氮转化率以及对燃烧效率的影响。结果表明:在分级配风和单级供风条件下,煤粉掺烧生物质粉都有助于降低燃料氮向NO的转化率。相对于单级供风,分级配风可以降低燃料氮向NO的转化率,且存在NO排放最低的最佳配风比。但分级配风对燃料燃尽有负面影响,分级配风对粉煤燃尽的影响程度要大于对生物质粉的影响程度。对于分级配风和单级供风,增加过量空气系数有助于各种燃料的燃尽,但各燃料氮转化率均随过量空气系数的增加而上升。     

小型常压煤粉仓惰性气体保护系统设计及应用

为解决煤粉仓CO浓度或温度增高导致的自燃问题,根据煤粉工业锅炉系统燃料安全储存需求,参照相关国家标准和国外设计手册,提出了小型常压煤粉仓惰性气体保护系统设计计算方法和系统控制方案。针对2台容积40m^3的煤粉仓设计了小型常压煤粉仓惰性气体保护系统,当检测到煤粉仓内CO体积分数达1200×10^-6或任意一处温度高于70℃时,系统可通过自动启动、手动启动、机械应急启动3种方式对煤粉仓保护,结合工程实例对该系统予以验证。结果表明：采用低压CO2惰化系统对煤粉仓实施保护,当保护气体CO2的储存量为355kg,可明显降低煤粉自燃的风险。     

典型直吹式制粉系统风粉分配特性研究分析

采用单因素试验方法,通过实际测量和计算得出了典型直吹式制粉系统运行中各一次风管煤粉浓度和气流速度分配特性。结果表明,提高磨煤机动态分离器转速或关小静态分离器挡板,适当提高风煤比均可有效降低各煤粉管道间煤粉浓度和含煤粉气流速度离散程度,确保对应各燃烧器热负荷更加均衡,而磨煤机出力影响甚微。     

煤液化热高压分离器煤粉漂移特性数值模拟与优化

为揭示煤液化热高压分离器（简称“热高分”）内的煤粉漂移规律,基于热高分的结构特性和多相流物性参数,建立物理模型,并采用VOF(volume of fluid)模型和DPM(discrete phase model)模型,数值分析进口液固两相中固相质量分数、颗粒粒径对煤粉漂移特性的影响。研究发现：在气液交界面处,煤粉颗粒平均质量浓度最大,并随进口固相质量分数的增加而增大;小颗粒对气流的跟随性好,故气相出口的煤粉漂移率与颗粒粒径呈负相关关系;当进口固相质量分数增大到7%以上时,对应同一颗粒粒径下煤粉漂移率基本不变。通过在热高分上部增加45°倾斜挡板,发现气相出口处煤粉漂移率从2.03%下降到0.88%。     

煤层气井产气通道内煤粉运动特征分析

基于脱落煤粉滚动启动条件和运移,建立了煤粉脱落、运移和堵塞的孔隙度和渗透率模型;分析了煤粉排出量对煤层孔隙度和渗透率的影响。依据该渗透率模型,研究煤粉适度排出理论,建立煤粉适度排出模型和携煤粉地层液速度窗口模型,使脱落的煤粉适度排出,疏通渗流通道,增加渗透率提高单井产气量。结果表明：煤粉的脱落增加了煤层的孔隙度和渗透率,而煤粉的沉积堵塞减少了煤层的孔隙度和渗透率;渗透率随煤粉的排出量的增加呈二次关系增大,煤层排出脱落煤粉可在一定程度上改善储层物性,提高煤储层的孔隙度和渗透率;采取压裂增产的煤层气井支撑剂粒径为20/40目正排列时,通过的最大煤粉粒径为0.16 mm,排液量大于13.53 m 3/d有利于粒径小于0.1 mm脱落的煤粉排出,最大限度地提高煤层渗透率,增加煤层气单井产气量。