褐煤粉尘爆炸特性实验及机理研究

发布时间：2017-12-02 19:02

  本文关键词：褐煤粉尘爆炸特性实验及机理研究

  更多相关文章： 煤粉爆炸 热分析 爆炸敏感性 爆炸强度 火焰传播特征 数值模拟

【摘要】：随着现代工业的发展,超细粉尘得到了广泛应用,但粉尘爆炸发生的潜在危险性也相应增加。粉尘爆炸对煤炭、粮食、化工、冶金、纺织等行业一直构成持续的威胁,日益频发的粉尘爆炸事故造成严重的人员伤亡及财产损失。由于煤炭行业是粉尘爆炸事故的多发领域,因此,深入开展煤粉爆炸的研究,对于预防和控制此类工业灾害性事故具有重要的科研价值,对保护人们的生命和财产安全具有重要的实际意义。本文以褐煤粉尘爆炸特性为研究主线。首先,通过同步热分析技术对煤粉的升温燃烧过程进行分析;其次,利用粉尘层着火温度装置、粉尘云着火温度装置、哈特曼管装置以及20 L球爆炸装置探讨了煤粉爆炸特性参数,并分析了煤粉升温过程中官能团的变化规律;同时利用煤粉云火焰传播测试系统对煤粉爆炸过程中的燃烧特征进行研究,并采用FLUENT软件对煤粉燃烧过程进行三维数值模拟。具体研究内容和结论如下:通过对煤粉升温燃烧过程中的热分析可知,煤粉的燃烧过程分为低温燃烧阶段和高温燃烧阶段,煤粉的活化能随着煤粉转化率的增加而逐渐上升;通过TG/DTG-QMS-FTIR同步热分析联用仪器对煤粉的燃烧产物进行实时连续地采集与分析,并通过气体产物的质谱-红外随温度实时变化的规律对煤粉燃烧过程进行了详细的探讨,得出了煤粉燃烧生成的主要气体产物为H2O、CO2,H2、CO和CH4,分子量较大的CxHy含量较少的结论,从机理方面对煤粉的整个燃烧过程进行了分析。通过实验分别研究了煤粉层着火温度、煤粉云着火温度、煤粉云点火能量、煤粉云爆炸下限浓度和煤粉云爆炸氧极限浓度等煤粉爆炸敏感性参数。从煤粉浓度、煤粉粒径等多个方面对实验结果进行了系统地分析;结合原位漫反射傅立叶变换红外光谱技术,对堆积状态下煤粉升温阶段官能团进行原位实时采集,重点讨论了对煤粉的点燃起着重要作用的官能团的变化规律,结果表明-CH3/-CH2和-OH参与了煤粉的点燃过程,是煤粉的主体含量活性官能团,对煤粉的点燃过程起着重要的作用,从机理层面分析了影响煤粉点燃的内在实质。通过实验分别研究了煤粉-空气混合物和煤粉-甲烷-空气混合物在密闭空间内煤粉爆炸压力和爆炸指数等煤粉爆炸强度参数。实验结果表明:在相同的实验条件下,煤粉-甲烷-空气混合物的爆炸强度均高于煤粉-空气混合物的爆炸强度,当化学点火具质量为2.40g时,爆炸压力和爆炸指数分别上升了 10%和30%;同时研究了掺杂不同种类的抑爆剂对煤粉-甲烷-空气混合物的抑爆效果,与Si02的物理抑爆相比,NH4H2P04的物理-化学混合抑爆效果更好。在原有的哈特曼管装置的基础上建立了煤粉云火焰传播测试系统,并利用该系统从煤粉浓度、点火能量以及燃烧管长度等方面对煤粉燃烧过程进行了实验研究;同时利用FLUENT软件对煤粉燃烧过程进行了数值模拟,研究了煤粉火焰传播的基本规律和影响因素,探讨了煤粉燃烧过程中燃烧区域气体流场对煤粉燃烧的影响,结果揭示了在同一时刻,煤粉燃烧过程中气流的流动速度明显高于火焰传播速度,说明气体流动是造成粉尘层扬尘,进而使粉尘产生连锁爆炸的一个重要原因。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD714.5

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本文编号：1245918