粒径对煤低温氧化阶段表观活化能影响试验研究
发布时间：2021-07-27 02:10
为探究不同粒径对煤自燃表观活化能的影响,对青龙煤矿三个煤层的不同粒径煤样进行程序升温试验,分析其耗氧速率、CO和C2H4产生规律,得到不同煤样的临界温度点和干裂温度点,并据此将煤低温氧化过程分为3个阶段。通过建立的基于耗氧速率的阿伦尼乌斯公式对试验数据进行处理,得出各煤样不同阶段的表观活化能和指前因子。结果表明:处于相同变化阶段的煤样表观活化能随粒径的增大而增大;对相同粒径煤样而言,若S1阶段的指前因子变化较小,其表观活化能随反应的进行而增大,若S1阶段的指前因子变化较大,则其S1阶段表观活化能大于S2阶段。5～7mm粒径作为临界粒径,其S1、S2阶段表观活化能相较大于其他粒径。混合粒径煤样各阶段的表观活化能较小。对比各组煤样的表观活化能可知,在相同的情况下,18#煤层发生自燃的难度相对较大,16#煤层次之,17#煤层难度相对较小。
【文章来源】：煤炭工程. 2020,52(10)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
程序升温实验装置
由图2可知，从总体上来看，随着煤温的上升，不同粒径煤样的耗氧速率呈指数上升趋势。当煤温低于60℃时，煤体与氧气主要发生物理吸附，在此作用下各粒径煤样的耗氧速率随煤温审稿仅较小幅度增大，且各粒径煤样的耗氧速率相差较小。煤温超过60～80℃后，煤氧反应转而以化学吸附和化学反应为主，并产生大量热量，使氧化反应加快，各粒径煤样的耗氧速率开始出现明显的上升趋势。煤温达到130～150℃后，反应进一步加快。根据煤氧复合理论，随着煤样粒径的减小，煤体比表面积增大，利于煤体与氧气接触并促进氧化反应。因此，对同煤层煤样而言，随着粒径增大，煤样耗氧速率减小。从图2(d)可知，混合粒径煤样耗氧速率随温度升高也呈上升趋势。且随着反应的进行，16#、17#煤层混样耗氧速率出现大幅变化，18#煤层混样耗氧速率变化幅度较小。对比各煤层煤样耗氧速率发现，相同粒径下，各煤层煤样耗氧速率从大到小依次为17#煤层、16#煤层、18#煤层。由此可推断17#煤层煤体发生煤氧复合反应时氧气吸附效率更高。
煤在自燃过程中产生的各类气体是预测预报煤自燃的重要指标，CO气体作为最常用的指标气体，在煤自燃预测预报中有着重要作用[18]。各组煤样CO浓度和产生速率随煤温的变化情况如图3所示。由图3可知，从总体上来看，随着煤温的上升，不同粒径煤样氧化产生的CO气体浓度呈上升趋势。当煤温低于60℃时，CO浓度仅以较小幅度上升，且各粒径煤样CO浓度相差较小，说明在低温阶段粒径大小对煤体CO产生量几乎没有影响。煤温达到60～80℃后，随着温度的上升，煤氧复合作用加强，各粒径煤样氧化反应加快，不同粒径煤样CO浓度逐渐出现差异。煤温超过130～150℃后，各粒径煤样的CO浓度差异更加明显。对于同煤层煤样，随着粒径的减小，煤氧接触的表面积增大，有利于煤样氧化产生更多的CO气体。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于程序升温的不同粒径煤氧化活化能试验研究[J]. 邓军,张宇轩,赵婧昱,宋佳佳,张嬿妮. 煤炭科学技术. 2019(01)
[2]基于程序升温实验的同组煤氧化动力学分析[J]. 张嬿妮,陈龙,邓军,赵婧昱,王凯,宋佳佳. 煤矿安全. 2018(05)
[3]空气流量对不同粒径煤样氧化升温影响实验研究[J]. 文虎,徐青峰,王秋红,李海涛. 煤炭工程. 2017(09)
[4]我国煤火灾害防治技术研究现状及展望[J]. 邓军,李贝,王凯,王彩萍. 煤炭科学技术. 2016(10)
[5]我国煤矿火灾防治现状及发展对策[J]. 梁运涛,侯贤军,罗海珠,田富超,于贵生. 煤炭科学技术. 2016(06)
[6]基于活化能指标研究不同变质程度烟煤的自燃倾向性[J]. 张辛亥,白亚娥,李青蔚,马腾. 矿业安全与环保. 2016(01)
[7]升温速率和氧浓度对煤表观活化能的影响[J]. 朱红青,沈静,张亚光. 煤炭科学技术. 2015(11)
[8]基于程序升温的煤低温氧化表观活化能试验研究[J]. 邓军,张丹丹,张阓妮,赵婧昱,任立峰,关欣杰. 煤炭科学技术. 2015(06)
[9]预报煤自燃的气体指标优选试验研究[J]. 邓军,李贝,李珍宝,张莹,关欣杰. 煤炭科学技术. 2014(01)
[10]煤自燃逐步自活化反应理论[J]. 陆伟,胡千庭,仲晓星,王德明. 中国矿业大学学报. 2007(01)
博士论文
[1]淮南煤氧化动力学过程及其微观结构演化特征研究[D]. 赵婧昱.西安科技大学 2017
[2]煤氧化自燃微观特征及其宏观表征研究[D]. 张嬿妮.西安科技大学 2012
本文编号：3304850
【文章来源】：煤炭工程. 2020,52(10)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
程序升温实验装置
由图2可知，从总体上来看，随着煤温的上升，不同粒径煤样的耗氧速率呈指数上升趋势。当煤温低于60℃时，煤体与氧气主要发生物理吸附，在此作用下各粒径煤样的耗氧速率随煤温审稿仅较小幅度增大，且各粒径煤样的耗氧速率相差较小。煤温超过60～80℃后，煤氧反应转而以化学吸附和化学反应为主，并产生大量热量，使氧化反应加快，各粒径煤样的耗氧速率开始出现明显的上升趋势。煤温达到130～150℃后，反应进一步加快。根据煤氧复合理论，随着煤样粒径的减小，煤体比表面积增大，利于煤体与氧气接触并促进氧化反应。因此，对同煤层煤样而言，随着粒径增大，煤样耗氧速率减小。从图2(d)可知，混合粒径煤样耗氧速率随温度升高也呈上升趋势。且随着反应的进行，16#、17#煤层混样耗氧速率出现大幅变化，18#煤层混样耗氧速率变化幅度较小。对比各煤层煤样耗氧速率发现，相同粒径下，各煤层煤样耗氧速率从大到小依次为17#煤层、16#煤层、18#煤层。由此可推断17#煤层煤体发生煤氧复合反应时氧气吸附效率更高。
煤在自燃过程中产生的各类气体是预测预报煤自燃的重要指标，CO气体作为最常用的指标气体，在煤自燃预测预报中有着重要作用[18]。各组煤样CO浓度和产生速率随煤温的变化情况如图3所示。由图3可知，从总体上来看，随着煤温的上升，不同粒径煤样氧化产生的CO气体浓度呈上升趋势。当煤温低于60℃时，CO浓度仅以较小幅度上升，且各粒径煤样CO浓度相差较小，说明在低温阶段粒径大小对煤体CO产生量几乎没有影响。煤温达到60～80℃后，随着温度的上升，煤氧复合作用加强，各粒径煤样氧化反应加快，不同粒径煤样CO浓度逐渐出现差异。煤温超过130～150℃后，各粒径煤样的CO浓度差异更加明显。对于同煤层煤样，随着粒径的减小，煤氧接触的表面积增大，有利于煤样氧化产生更多的CO气体。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于程序升温的不同粒径煤氧化活化能试验研究[J]. 邓军,张宇轩,赵婧昱,宋佳佳,张嬿妮. 煤炭科学技术. 2019(01)
[2]基于程序升温实验的同组煤氧化动力学分析[J]. 张嬿妮,陈龙,邓军,赵婧昱,王凯,宋佳佳. 煤矿安全. 2018(05)
[3]空气流量对不同粒径煤样氧化升温影响实验研究[J]. 文虎,徐青峰,王秋红,李海涛. 煤炭工程. 2017(09)
[4]我国煤火灾害防治技术研究现状及展望[J]. 邓军,李贝,王凯,王彩萍. 煤炭科学技术. 2016(10)
[5]我国煤矿火灾防治现状及发展对策[J]. 梁运涛,侯贤军,罗海珠,田富超,于贵生. 煤炭科学技术. 2016(06)
[6]基于活化能指标研究不同变质程度烟煤的自燃倾向性[J]. 张辛亥,白亚娥,李青蔚,马腾. 矿业安全与环保. 2016(01)
[7]升温速率和氧浓度对煤表观活化能的影响[J]. 朱红青,沈静,张亚光. 煤炭科学技术. 2015(11)
[8]基于程序升温的煤低温氧化表观活化能试验研究[J]. 邓军,张丹丹,张阓妮,赵婧昱,任立峰,关欣杰. 煤炭科学技术. 2015(06)
[9]预报煤自燃的气体指标优选试验研究[J]. 邓军,李贝,李珍宝,张莹,关欣杰. 煤炭科学技术. 2014(01)
[10]煤自燃逐步自活化反应理论[J]. 陆伟,胡千庭,仲晓星,王德明. 中国矿业大学学报. 2007(01)
博士论文
[1]淮南煤氧化动力学过程及其微观结构演化特征研究[D]. 赵婧昱.西安科技大学 2017
[2]煤氧化自燃微观特征及其宏观表征研究[D]. 张嬿妮.西安科技大学 2012
本文编号：3304850
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