综放工作面煤自燃的特征温度点分析及影响规律实验研究

为了明确兴隆庄煤矿7308综放工作面煤层的自燃特性,指导煤矿采取放灭火措施,对该煤层的煤样进行热重实验,测定该煤层煤样的特征温度点,分析煤样的反应过程。结果表明,临界温度的大小反映了煤样的自燃倾向性高低;在干裂温度下,煤样环状结构中的桥键、烷烃支链及一些小分子结构开始分解,产生小分子气体;达到活性温度后,大分子结构的化学键开始断裂;增速温度点表明能够与氧气反应的活性结构数量增加,化学反应速度明显提高;达到着火温度点后,环状结构全面分解,大量挥发物排出,煤样开始燃烧。通过对比不同粒度、氧浓度和升温速率,煤样的特征点变化呈现一定的规律性。

煤矸石绝热氧化的失重阶段及特征温度点分析

为研究煤矸石绝热氧化过程的具体失重阶段和失重特征温度点,采用综合热分析仪研究了不同工况下氧气浓度和升温速率对煤矸石绝热氧化进程的影响。实验结果表明:煤矸石在不同工况下的绝热氧化失重过程可划分为4个阶段,即外在水分失水失重阶段、内在水分失水失重阶段、挥发分燃烧失重阶段和固定碳燃烧失重阶段。在同一氧气浓度(20%)下,随着升温速率的提高,煤矸石绝热氧化的TG曲线向高温区偏移,4个阶段的特征温度点(起点、中点、拐点和终点)随升温速率的增大而线性增大,挥发分和固定碳燃烧失重阶段的最大燃烧速率呈增大趋势,但各个阶段的质量变化基本相同。在同一升温速率(10.0℃/min)情况下,随着氧气浓度的提高,煤矸石绝热氧化的TG曲线向低温区偏移,外在水分和内在水分失水失重阶段的特征温度点(起点、中点、拐点和终点)和失重质量基本不受氧气浓度增大的影响,挥发分和固定碳燃烧失重阶段的特征温度点(起点、中点、拐点和终点)随氧气浓度的增大而降低。

煤自燃阶段动力学参数及特征温度点的实验研究

为了考察程序升温实验条件下煤自燃阶段特征参数的变化情况,分别对常村贫煤、兴县气肥煤、唐山1/3焦煤等煤样的进行程序升温实验,得到3煤样在低温自燃阶段其指标气体的析出变化曲线。实验结果表明:在同一受热温度,低变质程度的气肥煤其CO,C2H4等指标气体的析出浓度比高变质程度的焦煤和贫煤高,而C2H6则相反;CO特征气体在受热初期并不是所有煤样都存在,且C2H4,C2H6的释放规律与煤质无关;通过对低温段内煤自燃的反应能级及活化能值的计算,得到煤低温氧化段内的反应能级及活化能值,并找出了阶段特征温度点。煤反应能级和活化能的大小反映了煤在不同温度段内其自身氧化能力的强弱,特征温度点温度则可用来判断煤自燃所处的燃烧阶段。

激光陀螺温度特征点选择及其补偿

为了提高激光陀螺精度，在大量高低温环境实验的基础上，对温度特征点的选择进行了对比研究，选择其最佳组合建立了一种实用的温度补偿模型，并用该模型对环境温度固定和环境温度变化时的实测数据进行了实时补偿。补偿结果表明，零偏可减小1～2个数量级，均值小于0．01°／h，基本消除了零偏随温度变化的趋势。

汽轮机寿命管理特征温度测点的选择

采用现场实验和计算的方法对汽轮机寿命管理的特征温度选择进行对比分析。

硫含量对煤自燃特性的影响实验与模拟研究

为了探究硫含量对煤炭自燃特性的影响,寻找防治高硫煤自燃灾害的高效途径;使用程序升温实验系统、综合热分析仪(TG/DSC)对典型高硫煤和典型低硫煤的氧化过程进行分析;使用量子化学模拟软件对高硫煤常用阻化剂Ca(OH)_(2)、Na_(2)CO_(3)、MgCl_(2)和2种煤中典型有机硫结构二苯硫醚(C_(12)H_(10)S)、苯硫醇(C6H5SH)的络合作用进行计算。结果表明:高硫煤氧化过程中质量下降更快,放热量更大;热解失重和燃烧阶段中高硫煤的活化能相比低硫煤分别小9.16%和15.07%,高硫煤发生煤自燃的倾向更高;煤矿常用阻化剂中的Ca^(2+)、Na^(+)、Mg^(2+)可以与二苯硫醚和苯硫醇络合形成络合物,形成络合物后2种有机硫结构的化学反应活性降低,能够对煤自燃起到抑制作用。

不同荷电状态和老化状态下锂离子电池的热失控特性分析

阐述锂离子电池热失控是电化学储能电站安全的核心问题。探讨不同内部状态下锂离子电池热失控的建模,分析不同荷电状态(SOC)和不同健康状态(SOH)下的锂离子电池热失控行为,在不同SOC、SOH状态下的锂离子电池热失控机理建模和特征温度点,对比不同SOC、SOH下的特征温度点的变化并对热失控的危害性做出评估。

高温氧化条件下风化煤自燃特性试验研究

为掌握煤层露头火灾的发展演化规律,采用高温程序升温试验系统模拟了风化煤的高温氧化自燃过程,得到了从常温到650℃高温氧化过程中的宏观自燃特性及其表征参数,并应用指标气体的增长率分析法确定出风化煤高温氧化的特征温度点。结果表明:风化煤在高温低氧浓度条件下仍能持续发生氧化反应,并放出大量的热量,来维持其自燃;风化煤内含有的腐植酸会随着煤温的升高,逐渐发生热分解反应,从而导致氧化反应,产生的CO_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6浓度增加,且CH_4、C_2H_4、C_2H_6浓度随煤温的变化规律相似,由于风化煤受到化学风化作用,使这3种气体在低温阶段的浓度都比较小,之后随着温度的升高而迅速增大;此外,煤样粒径<0.9 mm时高温氧化产生的CO浓度,比其他粒径下的CO浓度总体上都大;在400~590℃,煤样粒径为7~10 mm时,高温氧化产生的CO浓度最小。

TG实验条件对煤氧化燃烧特性的影响分析

为了探讨TG实验过程不同实验条件对煤氧化燃烧特性的影响,采用控制变量法对不同煤样粒度、不同升温速率、不同试样量条件下煤氧化燃烧过程进行了研究。通过TG/DTG曲线上的特征温度点将煤的氧化燃烧过程划分为五个阶段。结果表明:煤样粒度增加、升温速率增大都会使TG曲线向高温侧移动,对应的各特征温度值也都会升高;随煤样量增加,TG曲线在受热分解段及燃烧阶段向低温侧移动,煤样着火点温度T4降低。

不同变质程度煤燃烧特性及动力学参数研究

为研究煤的变质程度对煤矿火灾时期煤燃烧放热特性的影响,选取6种不同变质程度煤样作为试验样品,采用STA-449C型同步热分析仪进行热重(TG)试验。研究煤样的质量变化、放热量变化规律。通过对TG曲线进行一阶微分得到煤样失重速率(DTG)曲线。利用Freeman-Carrol模型计算各煤样的燃烧反应动力学参数。结果表明:失重率和最大失重速率随着煤样变质程度升高逐渐降低,DTG曲线近似符合Gauss分布;初始放热温度T_(f_0)随着煤样水分含量升高而升高;煤样变质程度升高,特征温度点T_1,T_3,T_(s_1)与T_4呈线性增加,T_(f_0)与T_(s_0)呈线性下降趋势变化;放热量随煤变质程度升高呈指数关系变化,相同温度时,煤样变质程度越高放热量越小;煤化程度越高,综合燃烧特性指数S越大,放热量越大,失水活化能、着火活化能与燃烧活化能均升高。

不同变质程度煤燃烧阶段动力学参数

为研究煤自燃特征温度及危险程度,通过热重试验确定各煤种各个阶段温度范围和特征温度值,并用Freeman-Carroll法建立了反应研究f(α),并求出燃烧阶段煤的指前因子和活化能,并对特征温度值、指前因子和活化能变化规律进行了分析.研究结果表明:6种煤样燃烧阶段温度分别为247℃~433℃、280℃~537℃、279℃~542℃、272℃~550℃、313℃~574℃和365℃~594℃;随着固定碳的增加,煤燃烧过程及特征温度点滞后,煤的活化能和指前因子增大,1#煤样最易自燃,6#煤样最不易自燃;T1温度从247℃增大到365℃,T2温度从386℃增大到479℃,T3温度从408℃增大到514℃,T4温度从433℃增大到594℃.

碱性水对煤自燃特性影响实验研究

为了研究碱性水对煤自燃特性的影响,选取葫芦素煤矿102工作面煤样作为实验煤样,利用STA-449C型同步热分析仪进行热重实验,研究加入PH=8 Na OH的煤样与原煤以及加入蒸馏水煤样在空气氛围中燃烧失重、放热量、特征温度点等变化规律,并根据Coats-Redfern积分模型计算了3种煤样燃烧反应动力学参数(活化能、指前因子)。研究结果表明:加入碱性水的2号煤样失重量较1,3号少,燃烧失重速率更低;2号煤氧化燃烧温度区间缩短,着火温度点升高,放热量少,比1,3号煤分别少485.0,480.4 J/g;3种煤样反应机理基本遵循一级化学反应函数,2号煤各段活化能高于1,3号煤,但2号煤失水活化能小于3号,表明碱性水具有抑制煤自燃效应。

TG-DSC联用研究瓦斯气氛对煤自燃热特性的影响

为表征瓦斯气氛下煤自燃热特性,运用热重分析法和差示扫描量热法(TG-DSC)联用试验研究不同瓦斯体积分数下煤自燃过程;分析瓦斯影响下的煤自燃特征温度点、失重量、放热量参数的变化特征,获得瓦斯气氛下煤增重阶段与燃烧阶段动力学参数。结果表明:随着瓦斯体积分数的增高,失重量降低,放热量减小,煤氧复合速率放缓;煤自燃过程分为蒸发脱附、增重和燃烧3个阶段;在煤增重阶段,活化能、活化因子随瓦斯体积分数的增加而增加,整体变化不大;在煤燃烧阶段,活化能、活化因子随瓦斯体积分数的增加而减小。

不同还原程度煤的氧化与阻化特性

采用STA449C型热分析仪,通过对煤氧化和阻化的热重分析曲线的6个不同温度特征值的分析,研究了阳泉3号无烟煤、上孔2号无烟煤、泉店低挥发分烟煤、义马高挥发分长焰煤4种不同还原程度煤和添加有化学阻化剂的煤的氧化和阻化特征。结果表明:义马煤氧化的临界温度(T1)和干裂温度(T2)最高,泉店煤的T1、T2最低;义马煤的氧化增速温度(T3)、着火温度(T4)、最大失重速率温度(T5)和燃尽温度(T6)最低,而上孔煤的T4、T5、T6最高;在氧化的初期阶段,对于各种煤样,添加MgCl2阻化剂后的阻化煤样的T2最高,在氧化的后期阶段,上孔煤和泉店煤添加抗氧剂A阻化剂的阻化煤样的T4、T5、T6较高,阳泉煤及其3种阻化煤样的T4、T5、T6相近,义马煤添加MgCl2阻化剂的阻化煤样的T4、T5、T6较高。研究表明,不同还原程度煤的氧化与阻化特征不同;4种煤的氧化性由易到难依次为:义马煤、阳泉煤、泉店煤、上孔煤;难氧化的上孔煤和泉店煤适合用MgCl2-抗氧剂A复合型阻化剂进行阻化,而易于氧化的义马长焰煤则适合用MgCl2进行阻化。

油浸式变压器内部流场模拟及在线故障预测方法

建立了油浸式变压器的物理模型和数学模型,采用Fluent软件对变压器内部的流动和传热进行了数值模拟,得到内部温度场和速度场的分布;在此基础上,通过内部特征点的选取,建立了特征点的温度变化与变压器不同故障的对应关系,提出一种基于特征点温度监视的油浸式变压器在线故障预测方法,可以迅速、准确地预测故障发生部位。

升温速率和氧浓度对煤表观活化能的影响

为了研究升温速率和氧浓度对煤表观活化能的影响,基于同步热分析仪对长治常村矿煤样进行热重试验,在不同升温速率和氧浓度下,找出煤氧反应特征点温度T1—T5,并采用Coats-Redfern积分公式对试验结果进行分析计算,得出相应条件下煤表观活化能。结果表明,在一定范围内,由于煤样升温速率增加,反应速率增加,煤氧反应更容易进行,升温速率为2、5、10、20、30℃/min时的煤表观活化能分别为160.734 6、159.437 6、141.870 1、117.659 7、95.261 8 k J/mol,随升温速率增大而减小,其变化规律基本服从指数函数;另外由于氧浓度增大,煤分子中需要更多被激活的活性基团与氧分子反应,激活这些活性基团需要更多能量,氧体积分数分别为5%、10%、15%、21%、30%时的煤表观活化能分别为85.825 4、111.956 3、127.021 3、141.870 1、155.571 6 k J/mol,随氧浓度增大而增大,其变化规律基本服从对数函数。

硫铁化合物热解过程中气体释放规律研究

随着经济的快速发展,大气污染问题越来越严重,SO_2是主要的污染源之一。运用热重与傅立叶变换红外光谱分析联用,研究硫腐蚀样品氧化热解过程中SO_2等气态产物释放规律,并对热解后的残余物进行X射线衍射物相分析。结果表明,氧化热解过程中气态产物包括SO_2、SO_3、CO_2和少量的水,当温度达到715℃时SO_2释放量达到最大值,热解残余物中主要是Fe_2O_3和硫单质,后者在高温阶段以硫蒸汽形式存在,部分参与氧化反应,不适合作为定量判断硫铁化合物氧化热解反应的指标性物质。

CEPPA抑制煤自燃热动力学研究

为了研究有机磷系阻化剂2-羧乙基苯基次膦酸(CEPPA)对煤自燃的抑制效果,采用同步热分析仪进行热重实验,对比分析原煤样和4种浓度CEPPA阻化煤样的煤自燃特征温度点,各浓度阻化剂均可提高煤自燃氧化过程中的特征温度点(活性温度和燃尽温度等),当CEPPA阻化剂浓度为20%时阻化效果最佳。CEPPA阻化剂的加入,使煤自燃的最大释热功率温度显著提高,降低了煤自燃最大释热功率,抑制了煤自燃过程中热量的释放。动力学分析结果表明,阻化煤样的表观活化能在煤自燃氧化3个阶段较原煤均增加,且在受热分解阶段增加量最大为31.34 kJ/mol。因此,CEPPA阻化剂可在煤自燃氧化全过程起到抑制作用。

电加热地板辐射采暖启动过程特性研究

基于能量守恒及传热学的基本理论,建立了电加热地板辐射采暖启动过程的数学模型,开发了用于预测各特征点温度随启动时间变化的计算软件。特征点分别为室内空气温度、地板上、下表面温度,屋顶的内、外表面温度,以及围护结构内、外表面的温度。为了验证程序的合理性,针对同一供暖房间,利用所开发的软件进行了计算并进行了实际测量。结果表明:软件计算值与实测值在合理的误差范围内。利用该软件,综合分析了加热功率、发热电缆覆盖层厚度、围护结构特性以及室外温度等因素对供暖房间升温速率的影响。

煤粉氧化燃烧特性实验研究

为了探究煤粉的氧化燃烧行为,选取两种不同变质程度的煤粉作为研究对象,并采用热重实验仪器对煤粉进行测试。结果表明:基于TG和DTG曲线的变化趋势,确定了煤粉的氧化燃烧过程中的五个特征温度点,并根据这些特征温度点及TG曲线的变化趋势将煤粉的整个氧化燃烧过程划分为四个阶段;LHG煤粉的Tf(吸氧增重起始温度)均小于HL煤粉约50°C,同时LHG煤粉的Tm(质量最大值点温度)、Tig(燃点温度)、Tmax(DTG曲线最大值点温度)和Tb(燃尽温度)均高于HL煤粉,这主要与煤粉的水分含量及变质程度有关。