高活性煤粉低温氧化特性及影响因素研究

发布时间：2017-07-31 11:07

  本文关键词：高活性煤粉低温氧化特性及影响因素研究

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【摘要】：随着经济社会发展和城市化进程的加速,我国大气复合污染的态势日益严峻,能源危机加重,高效、洁净地利用化石燃料的呼声日涨,随之煤粉工业锅炉在国内得到迅速推广。而煤粉工业锅炉所需的煤粉为挥发分高、小粒径的高挥发分煤粉,在生产、运输、存储的过程中极易发生自燃事故,造成巨大的经济损失。煤自燃的内在属性是其低温氧化特性,而煤的低温氧化机理一直存在争议,因此,急需开展煤粉低温氧化方面的研究。。本文以内蒙古补连塔长焰煤、内蒙古赤峰市元宝山褐煤及山西柳林焦煤为研究对象,开展相关研究。重点考察了补连塔长焰煤表面物理、化学结构随着温度的变化,煤自燃过程中的宏观特征以及挥发分、升温速率、氧气浓度、粒度、水分等因素对补连塔长焰煤低温氧化特性的影响。本文采用了扫描电子显微镜、比表面积及孔径分析仪、原位漫反射红外、自发火实验台、同步热分析仪等多种近现代实验手段对高活性煤粉的低温氧化特性及影响因素进行了研究。结果表明：随着氧化温度的升高,煤样表面变得粗糙,孔隙和裂隙增多；煤粉低温氧化主要发生在大孔、中孔内；煤粉表面较为活泼的基团为脂肪烃和部分含氧官能团。采用绝热氧化实验模拟了煤粉自燃的过程,结果显示,补连塔长焰煤为高自燃倾向性煤,其实验室内自然发火期为1.13天；同时还使用气相色谱对低温氧化过程中气体变化情况进行了定性测定,并结合官能团变化情况对煤粉低温氧化过程的机理进行了大致推断。采用同步热分析仪研究了挥发分、升温速率、氧气浓度、粒度、水分等因素对补连塔长焰煤低温氧化特性的影响,其中挥发分越高,升温速率越小,粒度越小,氧气浓度越大越容易自燃,而补连塔长焰煤最容易自燃的水分含量为9.3%～11.9%。本论文综合采用了多种实验手段较为全面地研究了高活性煤粉低温氧化自燃过程以及影响因素,为制定煤粉储存安全规范提供了理论支持,对储存仓的设计有一定指导意义,从而为煤粉工业锅炉安全运行提供保障。
【关键词】：煤粉自燃 低温氧化 表面结构 热重分析 绝热氧化
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD752.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 选题背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 煤自燃机理研究现状10-13
• 1.2.2 煤自燃特性测试方法13-14
• 1.2.3 煤孔隙结构测试方法14-15
• 1.2.4 煤化学结构测试方法15-16
• 1.3 研究目的16
• 1.4 研究内容及技术路线16-18
• 1.4.1 研究内容16-17
• 1.4.2 技术路线17-18
• 第二章 实验方法18-26
• 2.1 实验煤样的性质、制备和保存18-19
• 2.2 表面形貌分析19-20
• 2.2.1 实验仪器19
• 2.2.2 实验方法19-20
• 2.3 比表面积及孔隙结构测试20-21
• 2.3.1 实验仪器20
• 2.3.2 实验方法20-21
• 2.4 表面官能团的测试21-22
• 2.4.1 实验仪器21-22
• 2.4.2 实验方法22
• 2.5 热重实验22-24
• 2.5.1 实验仪器22-23
• 2.5.2 实验方法23-24
• 2.6 绝热氧化实验24-26
• 2.6.1 实验装置24-25
• 2.6.2 实验方法25-26
• 第三章 煤粉低温氧化过程中微观结构变化26-41
• 3.1 煤粉表面微观结构变化26-28
• 3.2 煤粉孔隙结构变化28-31
• 3.2.1 液氮等温吸附实验28-30
• 3.2.2 孔隙体积、比表面积随煤化程度的变化规律30
• 3.2.3 孔隙体积、比表面积随氧化温度的变化规律30-31
• 3.3 煤粉表面化学结构变化31-39
• 3.3.1 光谱解析原理31-32
• 3.3.2 谱峰位置解析32-33
• 3.3.3 煤粉低温氧化过程中官能团变化33-39
• 3.4 小结39-41
• 第四章 煤粉低温氧化过程实验模拟41-55
• 4.1 煤绝热氧化理论41-43
• 4.2 煤粉低温氧化温升特点及相关指标的计算43-47
• 4.3 水分对煤粉低温氧化特性的影响47-49
• 4.4 煤粉低温氧化过程中标志气体的变化规律49-52
• 4.5 煤粉低温氧化过程机理推断52-54
• 4.6 小结54-55
• 第五章 煤粉低温氧化影响因素考察55-69
• 5.1 煤粉低温氧化的热重动力学求解方法55-57
• 5.2 挥发分对煤粉低温氧化特性的影响57-60
• 5.2.1 TG-DTG曲线特征温度57-59
• 5.2.2 热重动力学分析59-60
• 5.3 氧气浓度对煤粉低温氧化特性的影响60-61
• 5.4 升温速率对煤粉低温氧化特性的影响61-63
• 5.4.1 TG-DTG曲线特征温度61-62
• 5.4.2 热重动力学分析62-63
• 5.5 粒度对煤粉低温氧化特性的影响63-64
• 5.5.1 TG-DTG曲线特征温度63
• 5.5.2 热重动力学分析63-64
• 5.6 水分对煤粉低温氧化特性的影响64-67
• 5.6.1 DSC曲线特征温度64-66
• 5.6.2 放热量分析66-67
• 5.7 小结67-69
• 第六章 结论和展望69-72
• 6.1 论文主要结论69-70
• 6.2 创新点70
• 6.3 煤粉仓安全保护措施建议70-71
• 6.4 今后研究工作展望71-72
• 参考文献72-77
• 致谢77-78
• 作者简介78
• 在读期间发表文章及参与项目78

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本文编号：598824