突出煤层回采面CO_(2)致裂二次增透后高效回采技术研究

天池煤矿15号煤层瓦斯含量高,难抽采,在回采割煤时,存在瓦斯超限隐患,且一个割煤循环需要6h以上,严重制约了工作面的回采速度。为提高开采效率,利用CO_(2)致裂煤岩的技术方法,提出了突出煤层回采面CO_(2)致裂二次增透高效回采技术。通过试验发现:CO_(2)致裂后,瓦斯涌出量平均减少了16.7%,并能实现密集钻孔条件下的瓦斯高效抽采,提高回采速度。割煤速度从致裂前2.11~2.91刀/d提高到3.38~4.59刀/d,平均提高了1.63倍。

不同CO_(2)压力下黄铁矿与煤制气耦合机制研究

目的为了研究不同CO_(2)压力下黄铁矿与煤制气的耦合机制,方法利用压力为1,3,5 MPa的高压罐进行煤和黄铁矿厌氧发酵产气试验。结果结果表明:(1)压力1 MPa时产气量较好,最终产气量为1.26 mmol/g;压力增加,罐中产气量减少,压力5 MPa时产气量仅0.02 mmol/g。(2)随着压力增加,水溶液中HCO-3质量浓度和氧化还原电位(Eh)逐渐上升,pH逐渐下降,5 MPa试验组反应末期pH最低,为4.02,1 MPa压力罐内总铁有消耗,波动较大;反应前期,3,5 MPa压力罐中总铁质量浓度持续增加,说明反应前期3,5 MPa压力下黄铁矿溶解量增加较多;(3)高压条件下,化学需氧量(chemical oxygen deman,COD)和短链脂肪酸浓度水平的显著减少反映了厌氧发酵程度的减弱和黄铁矿酸化程度的增强;(4)压力增加,功能菌种丰度和多样性降低,硫杆菌属逐渐处于优势地位,厌氧发酵过程基本停滞。结论适宜的CO_(2)压力条件可促进煤储层条件下的微生物生长代谢,同时添加黄铁矿发生氧化产生的铁离子,可促进菌群酶活,使煤生物产气反应顺利进行。研究结果可为原位条件富集营养液注入后的产气机制研究提供理论支撑。

煤矿采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术

煤矿采空区是我国实现“双碳”目标的重要突破口,煤炭开采形成的、能够富集煤层气、为后期微生物活动和矿化充填提供底物和空间的地质体定义为采动影响体。以采动影响体为研究对象,提出了采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同矿化充填关键技术,并从必要性和可行性2个方面阐述了该技术在采动影响体资源二次开发、CO_(2)安全封存以及燃煤电厂粉煤灰固废高效处置等的广阔前景。其总体思路是将采动影响体作为一个厌氧发酵“工厂”,高产高效产甲烷菌群作为“劳动者”对“工厂”已有的原材料——残煤、薄煤层和分散有机质以及注入的CO_(2)进行加工,其“产品”是甲烷,进而实现微生物采残煤和CO_(2)资源化。同时,CO_(2)与碱性的粉煤灰结合,在实现了CO_(2)矿化封存的同时,也实现了采动影响体的充填。该技术涉及的关键科学问题包括采动影响体类型划分与有机质特征、采动影响体原位条件下厌氧发酵产甲烷机制、微生物-CO_(2)-粉煤灰协同矿化/固化机制以及微生物采残煤与充填关键技术示范工程建设。实验室物理模拟采动影响体原位条件实验表明其中残煤和富含有机质的泥页岩能够在微生物作用下生成生物甲烷,且添加少量的粉煤灰能够进一步强化甲烷的产出。物理模拟地下水补给的动态实验表明营养物质的补给对厌氧发酵系统的影响尤为重要,补给循环周期为14 d的厌氧发酵系统恰与产甲烷菌群繁殖的周期一致,能够保证厌氧发酵系统的持续高效运行。高钙粉煤灰-CO_(2)-矿井水协同胶结的试件经过28 d的养护后抗压强度为12.31 MPa,其矿化封存潜力约为21.99 m3 CO_(2)/t(粉煤灰),说明粉煤灰在实现采空区固化的同时能够实现CO_(2)减排。此外,基于微生物采残煤与粉煤灰充填目的对工程试验靶区进行优选,地下水滞留区是CO_(2)矿化和粉煤灰充填的最佳场所,因采掘活动自然形成的自然圈闭和人工充填形成的圈闭是较有利的工程试验靶区之一。针对这些靶区提出了微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术,旨在为中国碳减排和采空区生态环境治理提供一条新的技术路径。

基于CT扫描的CO_(2)相变致裂煤裂隙演化特征

为进一步揭示CO_(2)相变致裂煤的裂隙改造机理,开展了CO_(2)相变致裂煤体实验,基于CT扫描和三维裂隙重构,分析了CO_(2)相变致裂前后的煤样内部裂隙结构参数,查明了CO_(2)相变致裂煤的三维裂隙结构演化特征。结果表明,致裂后煤样的裂隙总数量减少,裂隙总体积和裂隙总表面积增加;CO_(2)相变致裂产生了裂隙扩张转化效应,在致裂压力的扩张作用下,小尺度裂隙转化为更大尺度的裂隙;长度小于1000μm的裂隙数量减少、裂隙体积和表面积明显减小,长度大于1000μm的裂隙体积和表面积明显增大,且裂隙之间扩张贯通而引起其数量减少;CO_(2)相变致裂大幅度改善了煤体三维裂隙的连通性,有利于气体的运移和产出。此研究为CO_(2)相变致裂效果提供新的分析评价方法,也可为其他非常规天然气储层及其改造的裂隙演化特征研究提供参考和借鉴。

驱动力对煤介质中CO_(2)水合物生长动力学的影响

为探究不同驱动力对煤介质中CO_(2)动力学的影响,开展了3种驱动力条件下煤介质中CO_(2)水合物生长动力学实验,获取了CO_(2)水合物生成过程中动力学参数。结果表明:相同粒径体系生成水合物的过程中,3 MPa驱动力的CO_(2)气体消耗量约为2.5 MPa、2 MPa驱动力CO_(2)气体消耗量的1.14、1.34倍;不同粒径体系驱动力增加,体系内气体分子运动加快,气体分子与液面水分子碰撞的次数也会随之增高,CO_(2)水合物结晶成核的机会也随之增加,CO_(2)水合物气体消耗量、生长速率随之加快。在0.150~0.850 mm粒径范围内随着煤介质粒径增大,CO_(2)水合物生长速率逐渐提高;利用线性拟合获取了CO_(2)水合物平均生长速率与驱动力关系式,为预测CO_(2)水合物的平均生长速率提供参考。

O_(2)/N_(2)和O_(2)/CO_(2)气氛下煤半焦-生物质的混燃特性及影响因素

为掌握煤半焦与生物质在O_(2)/N_(2)和O_(2)/CO_(2)条件下的混燃特性及其影响因素,采用全自动物理化学吸附仪获得了煤半焦-生物质混合燃料的孔隙结构,采用热重实验分析了两种燃料的混燃特性和反应动力学,通过多元线性回归法研究了燃料比、比表面积与混燃特性参数之间的关系。结果表明,O_(2)/N_(2)气氛下,掺混生物质可改善煤半焦的着火、燃尽及综合燃烧特性;O_(2)/CO_(2)气氛下,掺混生物质能改善煤半焦的着火特性,但会延迟其燃尽。混燃的活化能在低温区和高温区有显著差异,生物质掺混比增大,两个温区的活化能都降低;两种气氛下,低温区的活化能相近,但O_(2)/CO_(2)气氛下高温区的活化能显著高于O_(2)/N_(2)气氛下的。O_(2)/N_(2)气氛下孔隙结构对燃烧特性的影响更显著,而O_(2)/CO_(2)气氛下燃料比对燃烧特性的作用更显著。

CO_(2)和H_(2)O气化反应对富氧气氛煤热解和焦炭燃烧影响进展

富氧燃烧技术作为一种具有广阔前景的燃煤电站CO_(2)减排技术,对实现可持续发展的能源目标具有重要意义。由于CO_(2)和H_(2)O物理性质和气化反应的影响,煤在富氧气氛中的转化过程可能明显异于空气气氛。通过分析已有文献发现,CO_(2)对煤热解过程中挥发分的析出率和焦炭的物理结构和化学性质有一定影响,但较少学者关注CO_(2)和H_(2)O混合气体物性的作用。在煤或焦炭燃烧过程中,CO_(2)的高比热和低氧扩散速率对燃烧反应有明显抑制作用,但可能是由于H_(2)O浓度差异的原因,目前对CO_(2)和H_(2)O混合气体物性在燃烧过程中的影响机制还有争议,尤其是缺少加压下的数据。对于气化反应的影响,目前研究表明,CO_(2)单气化和CO_(2)/H_(2)O共气化提高了煤热解时挥发分轻质气体的产率,但焦炭产率却有所降低,而压力增加强化了这一影响。此外,气化作用下的煤焦可能由于表面积增加而提高了反应活性,其表面官能团结构也因气化而发生改变。关于煤或焦炭燃烧反应,目前普遍认为CO_(2)气化在温度较高和氧气浓度较低时可促进燃料碳消耗,H_(2)O的加入则进一步加速了这一过程。随着环境压力的升高,CO_(2)气化反应在燃料碳消耗中占比逐渐增大,但对于加压下CO_(2)/H_(2)O共气化的影响鲜有涉及。本研究总结了富氧气氛中CO_(2)和H_(2)O气化作用下的煤热解和焦炭燃烧行为,为今后富氧燃烧技术的发展提供了理论参考。

含煤岩系CO_(2)突出对浅层CO_(2)地质封存的启示

“双碳”目标是事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体的重大决策。探索大规模、低成本、低能耗的CO_(2)浅层地质封存技术,对促进我国煤炭工业绿色低碳化发展、实现“双碳”目标具有重要意义。甘肃窑街矿区天然CO_(2)气藏埋藏浅、赋存量大,属于典型的CO_(2)浅层地质封存区,且其长期封存于浅层直至因受采动干扰才发生突出泄露。详细剖析该含煤岩系CO_(2)突出案例,对实现CO_(2)浅层地质封存具有重要的启示和借鉴。据此,开展了窑街矿区典型CO_(2)突出事故分布特征及潜在规律研究,结合突出事故与地质特征的关联性分析,揭示了窑街矿区海石湾井田和三矿井田可实现CO_(2)长期封存地质机制。在此基础上,基于窑街矿区CO_(2)富集构造地质特点,分析了后续开展浅层CO_(2)地质封存的若干启示。研究表明:①F19深大断裂及其分支断裂和其他次级断裂在天然CO_(2)气藏成藏过程中起到了导气断裂、储气断裂和封气断裂的功能,开采过程中破坏了CO_(2)积聚区的应力平衡和封闭条件是造成CO_(2)突出的根本原因;②海石湾井田为压扭性断层以及煤体基质吸附膨胀-化学反应协同侧向封闭,油页岩盖层垂向封闭的CO_(2)立体式封闭构造体系;三矿井田为压扭性断层侧向封闭,铝质泥岩、油页岩砂岩互层地质盖层垂向封闭,为实现CO_(2)富集封闭形成了良好的地层组合配置模式;③密闭的地质组合盖层是保障浅层CO_(2)安全封存的先决条件,探索地质盖层密闭性问题,将有助于发展生态脆弱区的煤炭减损开采与浅层采空区CO_(2)封存一体化技术。研究立足于窑街矿区含煤岩系CO_(2)突出事件,通过对CO_(2)浅层地质封存可行性探索,以期为开展CO_(2)浅层地质封存提供借鉴思路。

封闭空间煤心固碳过程CO_(2)吸附-运移特征

煤储层注CO_(2)过程中,CO_(2)的扩散和吸附进展缓慢,不同注气压力下吸附-运移时效特征对设计煤层封存CO_(2)具有重要影响。因此,采用双能X射线CT扫描,并计算分析了煤储层在围压下注气前后煤心密度变化和CO_(2)浓度。研究结果表明:在煤心的不同区域,气体以不同的速度运移,扩散和吸附进展缓慢;煤心中平均CO_(2)浓度随时间和CO_(2)注入压力的增加而增加,CO_(2)浓度从注气端向出口段沿煤心轴向几乎单调下降;煤心中CO_(2)浓度分布不均匀,煤心密度较高区域CO_(2)浓度越低(矿物质影响),煤基质密度较小处CO_(2)浓度越高。

CO_(2)致裂技术在贵州大运煤矿、宏发煤矿低渗煤层瓦斯治理应用研究

CO_(2)致裂技术是一种操作简便、使用环保的煤层增透技术,具有安全、高效以及可以重复使用的优点。为了探究CO_(2)致裂技术在贵州高瓦斯低渗透煤矿的应用效果,选取了贵州两处高瓦斯、低渗透煤矿进行现场实验并观测实验结果。通过检测CO_(2)致裂前后煤层瓦斯宏观参数变化,并进行对比分析,结果表明:CO_(2)致裂技术对煤层增透效果明显,相较于未作用煤层,透气性系数提高了3倍,结合瓦斯自然流量衰减系数,原煤层由较难抽采变为可抽采;瓦斯抽采体积分数、瓦斯抽采纯量均有明显提升,并且致裂后瓦斯抽采纯量在30 d范围内有先增加再降低的趋势,应该是致裂后CO_(2)驱替瓦斯导致;致裂后残余瓦斯含量低于5.5 m^(3)/t,小于原始煤层瓦斯含量,并低于《防治煤与瓦斯突出规定》规定的残余吨煤瓦斯含量临界值8 m^(3)/t。表明CO_(2)致裂技术在增透低渗煤层上具有良好的运用效果。

煤层CO_(2)地质封存的微观机理研究

煤层CO_(2)地质封存可实现CO_(2)减排和增产煤层气双重目标,是一种极具发展前景的碳封存技术。相对于其他封存地质体而言,煤的微孔极其发育,煤层CO_(2)封存机制与煤中气、水微观作用关系密切,其内在影响机理尚不清楚。以2个烟煤样品的系统煤岩学分析测试为基础,构建了煤的大分子结构及板状孔隙空间模型,进一步采用分子动力学方法模拟了不同温、压条件下、不同煤基质类型表面的CO_(2)和水的润湿行为,揭示煤层CO_(2)注入后引起的水润湿性变化规律,初步阐明煤层CO_(2)封存的可注性、封存潜力、封存有效性等影响因素及微观作用机理。结果表明:(1)影响煤润湿性的主要因素是煤中极性含氧官能团,其含量越高煤的润湿性越强;(2)煤中注入CO_(2)后,CO_(2)通过溶解作用穿透水分子层与水分子发生竞争吸附,从而减小水在煤表面润湿性;(3)随注入压力增大和温度降低,煤表面CO_(2)吸附量增多,对氢键破坏作用增强,润湿性减弱越明显;(4)亲水性煤层CO_(2)的可注性及封存潜力均相对较差,然而其封存安全性相对较好;(5)影响煤层CO_(2)封存潜力主要是吸附封存和毛管封存,而影响封存有效性、安全性的主要是毛管封存和构造封存;(6)煤中CO_(2)封存以吸附封存为主,需同时考虑含水条件下毛管封存;相对于低煤阶煤,高阶煤封存潜力较高,但封存注入时需要克服“水锁”效应。进一步开展原位条件下深部煤层中气水作用与CO_(2)地质封存机理研究,这对于CO_(2)-ECBM技术发展具有重要意义。

CO_(2)-水洗对准东高碱煤Na/Ca脱除性能的影响

煤炭是我国主要能源资源,而准东煤田作为我国最大的整装煤田,具有非常高的开发利用价值。但准东煤中Na、Ca等碱金属和碱土金属(AAEMs)含量较高,导致在工业生产中结渣沾污问题严重。为探究CO_(2)-水洗处理对准东高碱煤的脱碱效果及水洗过程溶液中Cl-/NO^(-)_(3)等阴离子的分布特性,进行水洗/CO_(2)-水洗准东煤脱碱实验。在水洗温度为20、40、60℃,水洗时间为2、5、8 h等不同水洗条件下,对水洗/CO_(2)-水洗准东煤Na/Ca和Cl-/NO^(-)_(3)的脱除性能进行对比分析,并对其他气体氛围下水洗准东煤脱除Na/Ca的可行性进行探讨。实验结果表明:随着水洗时间、温度及水煤液固质量比的增加,Na/Ca的脱除效率增加且增幅较大,滤液中Cl-/NO^(-)_(3)等阴离子浓度也有所增大。当水洗时间为5 h、水洗温度为60℃、液固比为50∶1、CO_(2)通入流量为100 mL/min时,Na/Ca的脱除效果达到较高水平,脱除效率分别可达73.8%和15.0%。Na/Ca的脱除效率与CO_(2)流量和CO_(2)/O_(2)混合气体中CO_(2)体积分数基本呈正相关,而CO_(2)流量对Cl-/NO^(-)_(3)的浸出也具有一定的抑制和促进作用,其中滤液中Cl-/NO^(-)_(3)质量浓度随CO_(2)流量变化有所波动,除物理上的鼓泡作用外,可能存在其他化学反应机理。在其他气体氛围(如N2氛围)下水洗准东煤,Na/Ca的脱除效果也有一定改善,但没有CO_(2)参与水洗的脱碱效果好。因此,将CO_(2)应用于水洗准东煤脱碱切实可行,并具有良好的应用前景,通过合理的工业流程改造,有望实现一定规模的工业化应用。

CO_(2)气氛下危废污泥与煤、废活性炭的共气化特性

采用热重分析法对CO_(2)气氛下工业危废污泥与煤和废活性炭在不同比例下混合进行共气化的失重过程、气化反应动力学和协同气化效应进行了研究.随着混合燃料中煤/废活性炭比例的提高,混合燃料的失重率和最大失重速率都相应大幅提高.随气化温度升高,相比污泥单独气化,混合燃料的协同气化反应得以加强.60%污泥混合40%煤/活性炭时表现出更高的协同性指数,焦炭气化阶段的反应活化能为污泥单独气化时的24%~31%.与煤相比,废活性炭与污泥的协同气化效应更为显著.在此基础上利用管式气化实验炉对混合燃料的产气特性进行了初步研究.产气主要有效成分中CO体积占比最大,其次为H_(2)和CH_(4).污泥单独气化时,产气中CO含量随CO_(2)流量增加逐渐降低;与煤或废活性炭共气化时,CO含量则随CO_(2)流量增大而逐渐增加.随煤和废活性炭混合比提高,H_(2)、CH_(4)含量逐渐上升,CO则相应降低.CO的含量整体受混合比和CO_(2)流量共同影响.

我国煤矿岩石与CO_2突出机制探讨

煤矿岩石与CO_2突出危害严重,但发生频度较煤与瓦斯突出低,导致多年来对岩石与CO_2突出机制研究一直不够系统深入。为解决这一问题,在前人研究成果的基础上,分析了我国发生岩石与CO_2突出矿区含煤地层的CO_2成因,总结了岩石与CO_2突出规律和特征,建立了岩石与CO_2突出物理模型,剖析了岩石与CO_2突出过程、力学环境和能量条件。结果表明:参与突出的CO_2均为无机成因型,与岩浆岩活动和煤田自燃热解有关;岩石与CO_2突出是地应力、承压气体、突出岩体力学性质等因素综合作用的结果,由于参与突出的气体富集受气源控制,岩石与CO_2突出危险区域呈点状或条带状分布;基于煤与瓦斯突出关键结构体致灾理论建立的岩石与CO_2突出关键结构体模型与突出现场环境吻合,突出砂岩命名为结构1,对突出砂岩起支撑包裹作用的岩体分别命名为结构2、结构3和结构4;岩石与CO_2突出过程经历了准备、启动、发展、终止4个阶段,突出准备阶段包括形成关键结构体直到突出激发完成,突出启动阶段是一个瞬态过程,突出启动与结构1的能量大小有关,只有当结构1积蓄的能量大于突出所需能量,即能量判据Ce≥1时才能成功启动;利用关键结构模型和能量判据能够揭示典型岩石与CO_2突出事故的启动机制,为岩石与CO_2突出防治提供了依据。

煤与瓦斯(CO_2油气)突出防治措施

煤与CO2、油气突出在国内比较罕见,窑街煤电公司海石湾矿借鉴煤与瓦斯突出的防治技术,采取以抽放为主的防突措施,取得了一定的成效。在介绍该矿突出防治措施的基础上,分析了制约安全生产的有关问题,提出了进一步加强安全生产的技术途径。

不同预氧化程度焦煤CO_(2)冷却后自燃特性研究

针对利用惰性气体降低煤氧化性来解决煤自燃、复燃的问题,现有研究大多是对煤低温氧化过程及煤复燃过程进行相关实验,对惰性气体降温后煤二次氧化的自燃特性涉及较少。针对上述问题,以焦煤为例,通过低温氧化实验,探究不同温度氧化的焦煤经过CO_(2)冷却二次氧化的自燃特性。采用GC-4000A程序升温装置对焦煤进行预氧化(预氧化温度分别设为70,110,150℃),并对分别通入CO_(2)气体和干空气冷却至30℃后焦煤二次氧化过程中的耗氧速率、CO产生率、CO_(2)浓度和表观活化能进行分析。实验结果表明:预氧化温度相同时,与干空气冷却相比,通入CO_(2)冷却后的焦煤相关参数的变化规律基本一致,二次氧化初期,因预氧化焦煤吸附大量CO_(2),阻碍了煤与O_(2)接触,耗氧速率和CO产生率减小,表观活化能增大,焦煤的氧化性减弱;随着CO_(2)解析,CO_(2)冷却也影响预氧化焦煤的后期反应,使得预氧化焦煤整个反应过程自燃危险性降低。预氧化温度不同时,70℃和110℃预氧化焦煤前期CO_(2)吸附量小,导致耗氧速率、CO产生率和表观活化能未发生变化,150℃预氧化焦煤冷却至30℃时,CO_(2)吸附量增多,导致耗氧速率、CO产生率减小,表观活化能增大,需要的能量更多,煤氧反应更难进行,自燃危险性有所降低。因此,当煤矿井下发生煤氧化自燃危险时,需长时间通入CO_(2)来降低矿区启封复采时发生二次氧化复燃的可能性。

CO_(2)相变致裂煤的显微构造特征与成因机制

CO_(2)相变致裂是一种高效增渗、增抽和消突的新型煤矿瓦斯治理技术,应用效果显著。该技术的核心是高压动力载荷作用于煤层的强化造缝及其卸压增渗效应。然而,新生裂缝的形貌特征以及破坏成因机制研究薄弱。目前井下厘米—米级尺度裂缝的观察和描述,主要用于揭示煤层的造缝增透机理。更小尺度的微米级显微裂隙研究,可更系统和全面描述裂缝的形貌和发育规律,揭示CO_(2)相变致裂作用下煤的破坏机理。应用自行研制的高压CO_(2)冲击大型物模试验装置系统,对无烟煤试件进行了120 MPa高压CO_(2)冲击,基于场发射扫描电镜(FESEM)的观察,研究了微米级裂隙特征、发育规律及其形成机理。结果表明:(1)致裂后煤样的割理系统充分沟通,形成多尺度的复杂微裂隙网络。(2)煤基质破碎并发育大量微米尺度的新生显微构造,发现了3种典型显微构造是“损伤坑”“三翼型”裂隙和“页理状构造”。(3)CO_(2)的超临界相、气相、或者二者的混合相态冲击破碎近喷孔端煤样,冲击波可能是试件远端破坏造缝的主要力学机制。(4)显微构造的形成和损伤演化机制为:在煤基质表面形成损伤坑,并以损伤坑为中心形成“三翼型”张性锯齿状分支裂隙,多个“三翼型”裂隙组合形成复杂的微裂隙网络系统。强化造缝形成的复杂网状裂隙系统,是煤层卸压、增渗、增抽和高效消突的内在原因。

煤低温氧化CO与CO_(2)的同位素指标研究

煤自燃火灾是矿井生产过程中的重大灾害之一,对矿井安全生产存在巨大威胁;煤自燃是一个复杂的氧化过程,要经历不同的氧化阶段,故要建立相应指标来判断不同的煤氧反应阶段。利用程序升温-气相色谱联用实验,分析了长焰煤自燃氧化过程中标志气体随温度变化规律,依据升温氧化实验数据,将煤自燃划分为4个阶段;以φ(CO)/φ(CO_(2))和第三火灾系数R3作为辅助指标,对煤氧反应阶段进行划分;同时通过检测低体积分数CO、CO_(2)中氧同位素的丰度值,得到气体产物中δ^(18)O(氧同位素值)随温度变化的规律,并以δ^(18)O为指标,根据δ^(18)O变化规律将煤自燃划分4个阶段。

高温低氧O_(2)/CO_(2)气氛下煤粉燃烧NO生成与还原特性

在Hencken燃烧器平面扩散火焰的煤粉燃烧实验系统上测量了煤粉火焰不同高度处的烟气组分浓度分布,研究了O_(2)/CO_(2)气氛下不同热协流温度和氧气体积分数对NO生成与还原的影响.结果表明,当热协流温度从1873K降低至1473K时,NO产率降低了5%,而当氧气体积分数从20%降低至5%时,NO产率降低了20%.通过NO生成动力学分析得到了挥发分氮氧化反应生成NO的活化能为82.5 kJ/mol,得到的NO生成速率有助于MILD富氧燃烧条件下煤燃烧氮化学模型改进的应用.同时,采用计算流体动力学(CFD)软件对高温低氧O_(2)/CO_(2)气氛下煤粉燃烧及NO生成进行了数值分析.通过与实验数据的对比,验证了数值模型的准确性.通过分离挥发分NO与焦炭NO对不同的NO生成与还原阶段进行分区,有助于了解挥发分氮和焦炭氮生成与还原的相互作用机制和定量分离挥发分NO与焦炭NO生成与还原.

30℃下煤对不同比例CO_(2)-N_(2)混合气体吸附量差异性研究

为了研究煤体对不同配比CO_(2)-N_(2)混合气体与100%浓度CO_(2)、N_(2)吸附量之间的差异性,提出以无烟煤、褐煤、烟煤为实验煤样,采用高压吸附仪研究30℃下不同配比惰气的吸附量。研究结果表明:在0.5 MPa下,无烟煤吸附100%CO_(2)吸附量分别是90%CO_(2)+10%N_(2)、70%CO_(2)+30%N_(2)、30%CO_(2)+70%N_(2)、10%CO_(2)+90%N_(2)、100%N_(2)的1.1,1.5,4.0,4.8,6.0倍;烟煤对不同比例混合气体的吸附规律与无烟煤相似,CO_(2)占比高于70%时,各气样吸附量之间差值较小,而CO_(2)占比由70%降至30%时,吸附量会明显下降;对于褐煤,纯CO_(2)吸附量是90%CO_(2)+10%N_(2)的2.8倍,并随着CO_(2)占比下降,各比例混合气体间吸附量差值逐渐增大。随着吸附压力增大,各煤样不同配比气样的吸附量差值逐渐减小。研究结果可为注惰防灭火技术提供新思路。