留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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
    下载: 导出CSV

    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
    下载: 导出CSV

    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
    下载: 导出CSV
  • [1] 秦波涛,高远,史全林,等. 近距离煤层复合采空区煤自燃综合防治技术[J]. 工矿自动化,2021,47(9):1-6,17.

    QIN Botao,GAO Yuan,SHI Quanlin,et al. Comprehensive prevention and control technology of coal spontaneous combustion in compound goaf of close distance coal seam[J]. Industry and Mine Automation,2021,47(9):1-6,17.
    [2] 赵兴国,戴广龙. 氧化煤自燃特性实验研究[J]. 中国安全生产科学技术,2020,16(6):55-60.

    ZHAO Xingguo,DAI Guanglong. Experimental study on spontaneous combustion characteristics of oxidized coal[J]. Journal of Safety Science and Technology,2020,16(6):55-60.
    [3] 陆新晓,赵鸿儒,朱红青,等. 氧化煤复燃过程自燃倾向性特征规律[J]. 煤炭学报,2018,43(10):2809-2816.

    LU Xinxiao,ZHAO Hongru,ZHU Hongqing,et al. Characteristic rule of spontaneous combustion tendency of oxidized coal at recrudescence stage[J]. Journal of China Coal Society,2018,43(10):2809-2816.
    [4] 杨锴,杨胜强,许芹. 不同粒径原煤、初次氧化煤与二次氧化煤氧化特性对比分析[J]. 河南理工大学学报(自然科学版),2022,41(1):17-22.

    YANG Kai,YANG Shengqiang,XU Qin. Comparative analysis of oxidation characteristics of raw coal,primary oxidized coal and secondary oxidized coal with different particle sizes[J]. Journal of Henan Polytechnic University(Natural Science),2022,41(1):17-22.
    [5] 步允川,徐永亮,陈蒙磊,等. 初始氧化温度对浸水长焰煤二次氧化特性的影响机制[J]. 中国安全生产科学技术,2020,16(5):64-69.

    BU Yunchuan,XU Yongliang,CHEN Menglei,et al. Influence mechanism of initial oxidation temperature on secondary oxidation characteristics of soaked long-flame coal[J]. Journal of Safety Science and Technology,2020,16(5):64-69.
    [6] 张辛亥,周山林,拓龙龙,等. 不同程度预氧化煤传热特性[J]. 西安科技大学学报,2021,39(5):761-766.

    ZHANG Xinhai,ZHOU Shanlin,TUO Longlong,et al. Transfer characteristics of coal under different preoxidation degree[J]. Journal of Xi'an University of Science and Technology,2021,39(5):761-766.
    [7] XU Yongliang,BU Yunchuan,WANG Lanyun. Re-ignition characteristics of the long-flame coal affected by high-temperature oxidization & water immersion[J]. Journal of Cleaner Production,2021,315(5):128064.
    [8] XU Qin,YANG Shengqiang,YANG Wenming,et al. Secondary oxidation of crushed coal based on free radicals and active groups[J]. Fuel,2021,290:120051. doi: 10.1016/j.fuel.2020.120051
    [9] MA Liyang,WANG Deming,KANG Wenjie,et al. Comparison of the staged inhibitory effects of two ionic liquids on spontaneous combustion of coal based on in situ FTIR and micro-calorimetric kinetic analyses[J]. Process Safety and Environmental Protection,2019,121:326-337. doi: 10.1016/j.psep.2018.11.008
    [10] 刘泽健,徐永亮,吕志广,等. 热−应力耦合作用下不同粒径煤自燃氧化升温特性[J]. 工矿自动化,2021,47(9):91-95.

    LIU Zejian,XU Yongliang,LYU Zhiguang,et al. Temperature rise characteristics of spontaneous combustion and oxidation of coal with different particle sizes under the effect of thermal-stress coupling[J]. Industry and Mine Automation,2021,47(9):91-95.
    [11] QI Guansheng,WANG Deming,ZHENG Keming,et al. Kinetics characteristics of coal low-temperature oxidation in oxygen-depleted air[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries,2015,35:224-231. doi: 10.1016/j.jlp.2015.05.011
    [12] 张群,李玉福,姚海飞,等. 贫氧条件下煤自燃特性实验研究[J]. 煤矿开采,2016,21(6):96-100.

    ZHANG Qun,LI Yufu,YAO Haifei,et al. Self-igniting experimental studying of coal under oxygen-lean condition[J]. Coal Mining Technology,2016,21(6):96-100.
    [13] 赵婧昱. 淮南煤氧化动力学过程及其微观结构演化特征研究[D]. 西安: 西安科技大学, 2017.

    ZHAO Jingyu. Study on the kinetics and micro-structures characteristics of Huainan Coal in the oxidation process[D]. Xi'an: Xi'an University of Science and Technology, 2017.
    [14] 陈瑞锋. 低温氧化下煤的官能团演化特性研究[J]. 煤炭技术,2021,40(4):100-103.

    CHEN Ruifeng. Study on evolution characteristics of functional groups of coal under low temperature oxidation[J]. Coal Technology,2021,40(4):100-103.
    [15] 胡荣祖, 高胜利, 赵凤起, 等. 热分析动力学[M]. 2版. 北京: 科学出版社, 2008.

    HU Rongzu, GAO Shengli, ZHAO Fengqi, et al. Thermal analysis kinetics [M]. 2nd ed. Beijing: Science Press, 2008.
  • 加载中
图(4) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  342
  • HTML全文浏览量:  59
  • PDF下载量:  17
  • 被引次数: 0
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

目录

    /

    返回文章
    返回