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预氧化煤低温氧化放热和动力学特性研究

闫国锋 黄兴利 闫振国

闫国锋,黄兴利,闫振国. 预氧化煤低温氧化放热和动力学特性研究[J]. 工矿自动化,2022,48(7):135-141.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022030032
引用本文: 闫国锋,黄兴利,闫振国. 预氧化煤低温氧化放热和动力学特性研究[J]. 工矿自动化,2022,48(7):135-141.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022030032
YAN Guofeng, HUANG Xingli, YAN Zhenguo. Research on exothermic and kinetic characteristics of low-temperature oxidation of preoxidized coal[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(7):135-141.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022030032
Citation: YAN Guofeng, HUANG Xingli, YAN Zhenguo. Research on exothermic and kinetic characteristics of low-temperature oxidation of preoxidized coal[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(7):135-141.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022030032

预氧化煤低温氧化放热和动力学特性研究

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022030032
基金项目: 陕西省自然科学基础研究计划项目(S2019-JC-LH-QY-SM-0065)。
详细信息
    作者简介:

    闫国锋 (1982-),男,陕西宝鸡人,工程师,硕士,主要从事煤矿“一通三防”工作,E-mail:1157076743@qq.com

  • 中图分类号: TD713

Research on exothermic and kinetic characteristics of low-temperature oxidation of preoxidized coal

  • 摘要: 现有氧化煤自燃特性研究大多以较低氧化温度和空气条件下制取的煤样为研究对象,缺乏对预氧化煤氧化过程中动力学特性的分析。针对上述问题,利用C80微量热仪以不同氧化温度(100,200,300 ℃)和氧气体积分数(21%,15%,5%)条件下制取的预氧化煤为对象,研究了其低温氧化反应的放热和动力学特性,并探讨了氧化温度和氧气浓度对预氧化煤低温氧化反应活化能的影响。预氧化煤低温氧化放热特性分析结果:① 预氧化煤低温氧化进程滞后于原煤样,且滞后程度随氧化温度和氧气浓度升高而增大。② 预氧化煤低温氧化反应的放热量低于原煤样,且放热量随氧化温度和氧气浓度升高逐渐降低。当氧化温度为100 ℃时,不同氧气浓度预氧化煤的t1(热流>0时对应的温度)、t2(热流增长率最大值对应的温度)及低温氧化过程的反应热基本相等。③ 随着氧化温度升高,氧气浓度对t1t2及低温氧化过程的反应热的影响才逐渐明显。表明氧气浓度对预氧化煤低温氧化反应的影响在较高的氧化温度下才体现。但是,太高的氧化温度导致预氧化煤低温氧化反应进程严重滞后且反应放热量<0。预氧化煤低温氧化动力学参数分析结果:① 预氧化煤低温氧化反应加速氧化阶段的活化能高于原煤样,快速氧化阶段的活化能低于原煤样。表明预氧化煤氧化反应进入加速氧化阶段的门槛提高,却更容易进入快速氧化阶段。② 从指前因子数据可看出,预氧化煤低温氧化反应相较于原煤样更为迅速。③ 预氧化煤低温氧化过程的活化能没有随氧化温度和氧气浓度的变化表现出明显的规律性:在加速氧化阶段活化能随氧化温度升高而增大,随氧气浓度升高呈先降低后升高趋势;在快速氧化阶段,当氧化温度为100 ℃,活化能随氧气浓度升高呈先降低后升高趋势,而氧化温度为200 ℃时则相反。

     

  • 图  1  特征温度和特征阶段

    Figure  1.  Characteristic temperatures and stages

    图  2  预氧化煤和原煤样热流曲线

    Figure  2.  Heat flow curves of pre-oxidized coal and raw coal samples

    图  3  预氧化煤和原煤样活化能拟合曲线

    Figure  3.  Fitting curves of activation energy of pre-oxidized coal and raw coal samples

    图  4  不同氧化温度和氧气浓度下活化能变化

    Figure  4.  Variation of activation energy under different oxidation temperatures and oxygen concentrations

    表  1  实验煤样的工业分析和元素分析

    Table  1.   Proximate and ultimate analysis of experimental coal samples %

    工业分析元素分析
    煤样水分挥发分灰分固定碳CHON
    气煤3.6517.2433.9345.1879.425.3613.831.53
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    表  2  预氧化煤和原煤样特征温度

    Table  2.   Temperature characteristics of pre-oxidized coal and raw coal samples

    煤样t1/℃t2/
    原煤样134199
    氧化温度100 ℃、氧气体积分数21%的预氧化煤139203
    氧化温度100 ℃、氧气体积分数15%的预氧化煤139203
    氧化温度100 ℃、氧气体积分数5%的预氧化煤136201
    氧化温度200 ℃、氧气体积分数21%的预氧化煤185240
    氧化温度200 ℃、氧气体积分数15%的预氧化煤173232
    氧化温度200 ℃、氧气体积分数5%的预氧化煤154204
    氧化温度300 ℃、氧气体积分数21%的预氧化煤234
    氧化温度300 ℃、氧气体积分数15%的预氧化煤213
    氧化温度300 ℃、氧气体积分数5%的预氧化煤188
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    表  3  预氧化煤和原煤样动力学参数

    Table  3.   The dynamic parameters of pre-oxidized coal and raw coal samples

    煤样q/(J·g−1)阶段Ea/(kJ·mol−1)A/s−1R2/(J·mol−1·K−1)
    原煤样2 860.05299.67±7.949.44×106±8.750.92
    325.34±1.540.029 7±1.430.93
    氧化温度100 ℃、氧气体积分数21%的预氧化煤2 765.842107.69±9.747.52×107±14.120.92
    324.00±1.520.035 2±1.420.94
    氧化温度100 ℃、氧气体积分数15%的预氧化煤2 820.192104.14±8.772.91×107±10.870.92
    323.49±1.520.031 5±1.430.94
    氧化温度100 ℃、氧气体积分数5%的预氧化煤2 824.622109.32±9.921.13×108±14.810.92
    324.06±1.590.035 6±1.450.93
    氧化温度200 ℃、氧气体积分数21%的预氧化煤1 642.952161.85±12.526.20×1012±22.120.94
    323.97±3.830.051 6±2.350.81
    氧化温度200 ℃、氧气体积分数15%的预氧化煤2 018.452142.38±13.533.88×1011±36.360.92
    324.64±1.840.043 4±1.530.92
    氧化温度200 ℃、氧气体积分数5%的预氧化煤2 528.452147.10±11.192.75×1011±16.830.94
    322.28±3.040.031 4±1.980.84
    氧化温度300 ℃、氧气体积分数21%的预氧化煤−215.29
    氧化温度300 ℃、氧气体积分数15%的预氧化煤−67.66
    氧化温度300 ℃、氧气体积分数5%的预氧化煤354.92
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-08
  • 修回日期:  2022-06-30
  • 网络出版日期:  2022-05-13

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