煤堆阻燃覆盖剂的工程试验研究

为防止煤堆自燃,以印尼煤为原料制备了煤堆阻燃覆盖剂,测定了阻燃覆盖剂孔隙率、渗透率、抗压强度和屈服强度等指标,分析了阻燃覆盖剂的阻燃机理。采用参比方法在珠海某电厂露天煤场进行煤堆阻燃覆盖剂的阻燃效果评估,研究阻燃覆盖剂覆盖层对现场条件的耐受性。结果表明:煤堆整体温度自上而下升高,阻燃覆盖剂覆盖煤堆和未覆盖煤堆的实时温度最大差值超过30℃,但覆盖煤堆自上而下的温度变化率远低于未覆盖煤堆的温度变化率;均方差变化趋势不同,均方差变化的异常是煤堆内部存在低温氧化自热效应的标志;覆盖煤堆和未覆盖煤堆的温度历史值分别为39~49℃和53~75℃。煤堆在覆盖阻燃覆盖剂150 d后,未覆盖层发生自燃,覆盖层保持完好。说明研发的阻燃覆盖剂能有效抑制煤堆低温氧化自加热进程,与实际煤堆阻燃效果一致;此外阻燃覆盖剂还有防雨损和风损作用。     

煤自燃过程中煤体表面微观孔洞变化特征研究

从煤的微观结构入手,通过绝热氧化实验来模拟煤自燃过程中煤体自身氧化产热累积升温的阶段,并运用扫描电镜观察特征温度下煤样表面孔洞的变化。最后用有限元分析软件ANSYS数值模拟分析了煤孔洞周边温度场的分布规律,初步验证了煤质表面孔洞的产生可以用来表征煤自燃反应的可行性。     

露天储煤场煤堆自燃防治对策

介绍了中煤集团煤炭存储情况;分析了煤堆自燃倾向性、供氧条件、储热条件、氧化时间等自燃机理及煤堆易发生自燃的部位;提出了做自燃倾向性鉴定、加快煤炭周转、加强煤场现场管理等防治对策。     

隔氧材料防煤自燃阻化效果的红外光谱研究

在煤体上覆盖隔氧材料能有效地防治自燃。将配置好的一种有机隔氧材料覆盖到煤堆表面,在大气中放置一段时间后,对其覆盖下的煤体作红外光谱分析,并与未覆盖隔氧材料的煤体和新鲜原煤分别进行比较。结果发现,随着氧化进程的递进煤中含氧官能团不断增加,而且覆盖隔氧材料煤体的含氧官能团峰面积远小于未覆盖的,却与新鲜原煤的十分相近。这说明未覆盖的煤体发生了明显的氧化反应,而覆盖后的煤体基本上未发生氧化。因此,该隔氧材料能达到隔断氧气、防治煤自燃的效果。     

煤自燃氧化放热效应的影响因素分析

任何一种煤都具有氧化放热性是煤自燃的根本原因,煤自燃氧化放热效应的主要影响因素包括煤分子结构、温度、氧浓度和松散煤松粒度。通过总结前人提出的煤化学结构模型,参照现代研究的成果,提出了描述煤自燃的煤分子化学结构模型。从煤分子结构上看,主要是煤分子中的非芳香结构侧链、桥链与氧发生反应,煤的氧化放热效应主要取决于煤表面活性分子种类、数量和空间结构特性。氧化放热强度和耗氧速率分别是描述煤氧化放热效应和煤氧复合速度的主要指标,利用化学动力学理论和煤低温自然发火实验测算出不同煤温时的氧化放热强度,利用程度升温实验测算出不同氧浓度时的耗氧速率,从定性和定量两个方面分析了氧浓度、温度和松散煤体粒度对煤氧化放热效应的影响。     

阻化烟煤堆非稳态温度场影响因素解析

在一维无限大煤堆非稳态自热模型中引入水气平衡模型，根据煤氧化动力学实验数据，以2m厚度一维无限大煤堆为例，利用计算机编程分别差分计算了氧对流、氧扩散、氧对流扩散和阻化煤堆表面氧化反应控制4种不同的模型．对比分析不同模型的计算结果，研究了阻化烟煤堆和非阻化烟煤堆内的非稳态温度分布．结果表明，阻化处理、氧的对流和煤堆内部水分对煤堆非稳态温度分布的影响较大，氧的扩散影响较小．     

防止煤炭自燃的几种有效方法

防止煤炭自燃的几种有效方法方军东胜煤田煤炭科学研究所（内蒙东胜０１７０００）煤在空气中堆放一段时间后，就会被缓慢氧化，越是年青的煤越易氧化。氧化会使煤失去光泽，变得疏松易碎，许多工艺性质发生显著变化（发热量降低、粘结性变差甚至消失等等）。缓慢氧化产生...     

煤自燃生成水的反应机理研究

应用傅立叶变换红外光谱仪研究了煤在氧化自燃过程中不同温度下生成的气体产物.在30℃～100 ℃左右有水和二氧化碳气体析出,温度升至105℃～150℃左右时,有一氧化碳生成.采用密度泛函B3LYP方法,在6-311G基组水平上研究了煤与氧发生自燃反应生成水和一氧化碳的反应体系,对反应势能面上各驻点的几何构型进行了全优化,用频率分析方法和内禀反应坐标(IRC)方法对过渡态进行了验证.计算结果表明,煤氧化自燃生成水的反应是氧分子攻击苯环侧链上的伯胺基团-C(29)H2-N(22)H2中间的N(22)原子,使煤分子苯环侧链上的伯胺基团生成了-CH2-N=O基团和水.由反应活化能可知,生成水的反应是一个自发式反应.     

燃煤电厂印尼褐煤氧化自燃过程实验研究

针对两种印尼褐煤进行了自燃倾向性评价,研究了印尼低热和高热褐煤煤堆在堆放周期内不同高度和不同深度方位温度变化规律.结果表明,在相同的堆放时间下,低热褐煤煤堆达到自燃敏感温度区域范围比高热褐煤煤堆广泛,同时建立煤堆内部温度和表面温度的函数关系,并对印尼褐煤煤堆进行热值损失评估,为燃煤电厂印尼褐煤合理堆放和周转提供科学指导.     

原煤自燃特性的试验研究

介绍了电加热柱形原煤自燃试验台测试原煤煤堆自燃性能的方法,并将测试结果与已有的判别指标进行了对比分析,指出了煤的品级对煤自燃特性的影响,并得出基于基本煤质参数的简易自燃判别指标。     

热提质褐煤预氧化后自燃特性变化及其自由基原位分析

针对不同温度热提质褐煤新鲜样及其自然环境中储存一定时间后的预氧化样,利用订制的自燃测定实验装置测得各样品的自燃倾向性差异,采用X-band电子自旋共振波谱仪进行自由基动态原位分析,研究预氧化对热提质褐煤自燃特性的影响。结果表明,热提质温度升高,新鲜样的自燃倾向性降低。但随着储存时间延长,105~500℃热提质褐煤发生预氧化,自燃倾向性不同程度地增加,400℃热提质后的预氧化样与原煤一样易自燃。在自燃氧化过程中,与新鲜样不同,预氧化样的吸氧量增加,自由基浓度也增加。预氧化不仅使热提质褐煤自由基增加;且在自燃的加速氧化阶段后期,不断产生自由基,维持氧化自热升温。而400℃热提质褐煤新鲜样在自燃氧化初期消耗大量小分子自由基,损失达80%,因不能持续产生活性自由基难以维持自燃氧化反应进行。     

热提质褐煤预氧化后自燃特性变化及其自由基原位分析

针对不同温度热提质褐煤新鲜样及其自然环境中储存一定时间后的预氧化样，利用订制的自燃测定实验装置测得各样品的自燃倾向性差异，采用X-band电子自旋共振波谱仪进行自由基动态原位分析，研究预氧化对热提质褐煤自燃特性的影响。结果表明，热提质温度升高，新鲜样的自燃倾向性降低。但随着储存时间延长，105~500℃热提质褐煤发生预氧化，自燃倾向性不同程度地增加，400℃热提质后的预氧化样与原煤一样易自燃。在自燃氧化过程中，与新鲜样不同，预氧化样的吸氧量增加，自由基浓度也增加。预氧化不仅使热提质褐煤自由基增加；且在自燃的加速氧化阶段后期，不断产生自由基，维持氧化自热升温。而400℃热提质褐煤新鲜样在自燃氧化初期消耗大量小分子自由基，损失达80%，因不能持续产生活性自由基难以维持自燃氧化反应进行。     

好氧微生物抑制煤自燃机理研究现状及展望

综述了微生物对煤脱硫、降解方面的研究现状，利用好氧微生物处理煤可降低煤中硫含量(黄铁矿)、破坏煤中羟基、羰基、羧基等活性基团以及消耗O₂、产生CO₂气体等特性，提出用生物技术来延缓煤氧化进程、阻断煤氧化路径从而抑制煤自燃的设想。基于利用微生物对煤表面环境状态以及微观结构改变的特性，从煤氧化反应本身为切入点防控煤自燃。针对好氧微生物改性驯化对煤中硫含量、活性基团的影响，对现阶段常用的煤炭脱硫、降解类微生物(如嗜酸氧化亚铁硫杆菌、黄孢原毛平革菌等)进行分析，总结了可用于抑制煤自燃的微生物生长特性及其差异性，最终提出可用多种功能微生物分步协同作用来抑制煤自燃的思路，对煤自燃新型绿色阻化剂的开发进行了展望。     

煤的低温氧化与自燃

本文重点评述了与煤自然有关的低温氧化反应的研究进展。分析了影响煤自燃的诸因素，自燃机理及动力学，也讨论了自燃模型的建立。最后提出了今后的研究方向。     

煤低温氧化结构变化的红外光谱研究

煤与氧易在低温下发生复合反应,煤中的活性基团被氧化,导致煤结构发生了变化.制备不同氧化温度的煤样,采用红外光谱法进行了研究;对红外谱进行差示光谱分析,得到各基团在煤氧升温过程中的变化规律,并对各基团进行煤氧复合反应的活性排序为:胺基甲基、芳香亚甲基羧酸、脂类、乙烯基醚类.     

多因素影响下的煤低温氧化特性试验研究

为研究氧浓度、粒度和挥发分对采空区遗煤低温氧化过程的影响,利用油浴式程序升温试验装置设计了煤低温氧化试验,研究了不同影响因素条件下煤的耗氧速率和放热强度,验证了氧浓度、粒度和挥发分等对煤低温氧化特性的影响,通过对试验数据分析,得到了煤低温氧化特性受各因素影响的变化规律。试验结果表明:在一定范围内,氧浓度的增加会加快煤的耗氧速率,提高反应的放热强度,促进煤的氧化,但不会改变氧化反应的趋势;粒度较大的煤耗氧速率低,反应释放的热量小,氧化过程缓慢且强度较低;煤的挥发分降低后,耗氧速率和反应的放热强度也随之减小,其自燃临界温度将显著提高。     

煤自燃的分子结构模型探讨

煤自燃主要是由于煤表面活性结构与氧之间相互作用的结果 .通过对煤、氧分子结构特性的分析 ,并根据类似有机结构与氧发生化学反应的条件及过程分析 ,探讨了煤分子表面易于氧化自燃的活性结构 ,归纳出 7种在常温常压下就能与氧发生化学反应的煤分子表面活性基团及其氧化反应热 ,利用煤自然发火实验对推断出的活性基团氧化反应热进行了验证 .在威斯化学结构模型和本田化学结构模型的基础上 ,提出了能够对煤自燃进行描述的煤分子结构模型 ,对煤自然发火机理及其过程的研究具有一定的参考价值 .     

不同瓦斯气氛下煤自燃特性及动力学研究

基于程序升温和热重分析研究了5种不同瓦斯气氛下煤的自燃特性,并对煤低温氧化的动力学参数进行了分析.结果表明:随着甲烷体积分数的增加(氧体积分数的减小),反应初始阶段煤对不同瓦斯气氛的吸附能力增大,整个反应过程放热性与吸附能力呈负相关,反应的表观活化能(E)显著增大,CO和CO_2生成量明显降低,生成的初始温度升高.瓦斯通过降低采空区的氧含量,能够有效抑制煤的低温氧化.     

粒度对煤粒燃烧和热解影响的理论分析

在化学热力学和动力学理论中引入表面项,并由此来分析和讨论粒度对煤颗粒燃烧和热解反应的影响规律.研究结果表明,煤颗粒的粒度对其燃烧和热解反应的热力学性质和动力学参数有明显的影响,粒度越小,影响越大;减小煤颗粒的粒径,化学反应的吉布斯函数差减小,煤颗粒燃烧和热解的趋势增大,使着火温度和热解温度降低,自燃容易发生;并且减小煤颗粒的粒径,其摩尔表面能增大,导致其燃烧和热解的表观活化能降低和速率常数增大,使煤颗粒的燃烧和热解速率加快,使转化率、燃尽度和热解度增加.     

煤表面对氧分子物理吸附的微观机理

应用量子化学的理论和方法研究煤这种非晶体物质的物理吸附机理,从微观上揭示其吸附机理和吸附过程,定量研究煤对氧分子发生物理吸附过程中吸附量和放出热量的关系,从而揭示煤炭氧化自燃初始反应的本质.从煤表面对多个氧分子吸附优化后的平衡几何构型可以看出,煤表面吸附5个以下的氧分子时,1个氧分子在煤表面含氮的侧链吸附,其余的氧分子被苯环所吸附.煤表面吸附6个氧分子以上时,苯环对氧分子的吸附减弱,被吸附的氧分子偏向侧链端,在煤表面侧链部位吸附了大量的氧分子,这也证明了在煤的氧化自燃过程中侧链首先被氧化的结论的正确性.煤表面对氧分子的吸附量与吸附能呈线性关系.