提质褐煤的水分复吸及其氧气传质动力学研究
本文选题：提质褐煤 切入点：水分 出处：《中国矿业大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：褐煤的高水分含量导致其热值相对较低,限制了其开发利用。为节约运输成本,提高燃煤热值,褐煤需首先进行脱水提质。提质后的褐煤容易复吸水分,降低了褐煤提质的意义;而且提质后的褐煤在堆放储存过程中复吸水分的同时容易低温氧化而发生自燃,存在安全隐患。所以,针对提质褐煤易复吸水分、易氧化自燃的特性,选取提质后的昭通褐煤为研究对象,研究了其水分复吸规律。从低温氧化阶段氧气传质入手,研究了水分对氧气在煤体内的扩散传质过程及氧气消耗等方面的作用规律,获得了水分在低温氧化过程中对氧气传质的作用机制,对于褐煤的储存、运输、利用以及防止煤的自燃具有一定的指导意义。首先,实验煤样具备典型褐煤特征—高含水量、高挥发分,低煤化程度。煤样表面结构疏松,自燃倾向等级为Ⅱ级。因其水分含量高,为提高应用价值,需对其进行干燥。研究了复吸环境的温度和湿度对提质褐煤水分复吸的影响规律,发现对于环境温度而言,环境湿度对水分复吸率的影响更大。基于Chung-Pfost模型构建了干燥煤样在30℃时的平衡含水率最佳预测模型,即)]RHln(.ln[Me-.-2030077024=,利用此模型获得了制备不同含水率煤样的具体参数。采用自建的煤低温氧化程序升温模拟实验系统研究了不同含水率煤样在低温氧化过程中耗氧速率的变化情况,应用分形理论对不同含水率煤样在低温氧化过程中的孔结构特性进行了分析,并且基于静态双容积理论考察了因煤样水分含量不同而造成低温氧化过程中孔隙结构的变化进而影响氧气在煤体中的扩散传质情况。结果表明,煤样的内在水分对孔隙结构的变化有非常明显的作用。对于水分含量较低的煤样(8.93%和11.95%),由于煤粒内在水分的脱除,造成孔隙的大量塌陷,较大的孔可能出现裂变或封堵等情况。而对于含水率较高的煤样(15.13%和18.08%),虽然内水的脱除会造成孔隙的塌陷,但是在该过程中除了有水分脱除外,还有一部分多余的水分会参与煤氧的复合反应形成中间络合物,使得煤氧复合反应加剧,从而破坏煤体结构,暴露出更多新表面。不同含水率煤样的氧气扩散系数均与煤样的分形维数呈正相关。最后,对不同含水率煤样氧化燃烧过程中的TG-DTG-DSC曲线进行了分析,计算了低温氧化过程中的动力学参数。因煤样含水率的不同,吸氧增重阶段的活化能整体变化范围为9.57~10.36 kJ?mol-1,相比于水分蒸发及气体脱附阶段活化能(97.61~122.85 kJ?mol-1)来说有大幅度的降低,并且指前因子至少降低了5个数量级。这说明吸氧增重阶段发生的主要反应(煤氧吸附及反应)相对于水分蒸发及气体脱附阶段的主要反应(水分蒸发、气体脱附和煤氧吸附及反应)来说更容易进行,但是反应速率却有大幅度的降低。在水分蒸发及气体脱附阶段,当煤样含水率较低时(含水率为8.93%、11.95%和15.13%),随着含水率的增加,煤样对水分和气体的脱附速率就越快,煤样就可能尽早地发生氧气吸附及反应。但是对于含水率较高的煤样(含水率为18.08%),虽然水分及气体的蒸发及脱附速率较快,但是煤样中的水分含量较高,在蒸发及脱除的过程中会占据孔道,阻止氧气进入煤体孔隙中。对于含水率为15.13%的煤样,因煤样的自燃氧化性最强,煤氧复合反应放出的热量会弥补水分蒸发吸收的热量,因而该煤样在水分蒸发及气体脱附阶段的吸热量最小。在吸氧增重阶段,该煤样因水分蒸发及气体脱附阶段结束的较早,使得煤样中仍残余有一部分水分,而这部分水分会在该阶段全部脱除,所以该含水率煤样在吸氧增重阶段的活化能达到了极大值。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD849.2
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，本文编号：1633083
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