钠石灰吸附CO_2性能的影响因素试验研究

为研究井下紧急避险空间钠石灰去除CO2技术,提高药剂吸附容量及反应速率,基于钠石灰化学反应原理与反应速率分析,确定钠石灰吸附性能的影响因素。通过筛选市场常见钠石灰,分析药剂组分、粒径、长度对吸附性能的影响,设计正交试验研究药剂厚度、风机功率等因素对吸附速率的影响,确定钠石灰的最佳配比及最佳工作条件。结果表明:吸附容量随着水分与Na OH比值的增加先增大后减小,最佳药剂成分配比及颗粒尺度为:水与Na OH比值0.5,粒径为6.0 mm,长度30 mm;最佳工作条件为:药剂层厚度8 cm,风机功率30 W。     

压风供氧状态下避难硐室污染物分布特性及热舒适性研究

为确定井下避难硐室合理供风量,采用RNGκ-ε模型和SIMPLE算法,对某100人避难硐室压风供氧状态下,不同供风量、散流器布置方案、空载和载人时生存区的污染物净化时间、通风效率、污染物(CO,CO2)浓度场分布和人体热舒适性等进行了数值模拟分析,并与现场实测结果进行了对比。模拟结果表明,若硐室内CO体积分数偏高,供风量应不低于0.1 m3/(min·人),并配合使用净化药剂尽快去除;常规避难状态下,供风量减小至600 m3/h,配合局部通风措施,即可满足人员避险和热舒适性基本要求。     

富氧燃烧全流程建模及系统优化

富氧燃烧技术是一种有效的燃煤电站减排CO2技术。由于增加了空气分离系统(ASU)和烟气净化压缩系统(CPU),富氧燃烧电站的热力系统较常规系统更为复杂,存在较大的优化空间。利用Aspen Plus软件对富氧燃烧进行全流程建模并展开效率分析,对空气分离子系统、热力发电子系统和烟气净化压缩子系统进行耦合计算,最终提出优化措施。空气分离系统优化表明,最佳供氧体积分数为96%,可节省空气分离能耗5.52%。以1 000 MW超超临界机组为对象建模表明：将其改造为富氧燃烧,空气分离系统能耗占汽轮机输出能耗的13.39%,烟气净化压缩系统占8.62%;电站效率由42.43%降低为30.99%,回收利用ASU和CPU系统的废热加热锅炉低压给水,可以减少汽轮机抽气量,机组效率可提高4.33%。     

密闭空间CO及CO_2组合净化研究

为了保障密闭空间内避难人员的生存环境,设计了一套空气净化装置,对常用CO_2吸收剂碱石灰、氢氧化钙、氢氧化锂进行了实验对比;对CO催化剂霍加拉特和钯铂ACO-2系列催化剂进行实验对比;运用正交实验的方法探究CO和CO_2组合净化情况下药品最佳风量;进一步探究2种药品净化最佳厚度。通过以上实验发现碱石灰吸收CO_2效果最好,霍加拉特催化CO较佳;组合情况下净化最佳风量为40 L/min;碱石灰的厚度为225 mm,霍加拉特的厚度为150 mm。     

煤矿避难硐室空气净化装置布局研究

根据物质守恒定律,推导出避难硐室内有害气体浓度计算表达式,确立了避难硐室内净化需风量与有害气体控制浓度及室内避灾人数的数学关系。利用Fluent软件分析了51型避难硐室内净化装置3种不同工况下,室内的空气流速分布和CO2气体浓度分布,得出2台净化装置可将室内CO2体积分数控制在0.50%以下,满足避难硐室空气净化要求。     

基于吸氧量的煤低温氧化动力学参数测定

活化能是表征煤自燃倾向性的重要指标.建立了基于吸氧量的煤低温氧化动力学参数计算模型、实验方法及实验装置.研究分析了供气氧体积分数及煤样粒径对测定结果的影响,确定了最佳实验条件,即供气氧体积分数为10%,煤样粒径为0.125~0.25 mm.最后,测定了张集、杨庄和永城煤样的化学动力学参数,其活化能的大小很好的反映了煤样的自燃倾向性.     

CO2气化反应对O2/CO2气氛中煤焦燃烧特性影响

为探讨CO2气化反应在低氧气体积分数下对煤焦燃烧及燃烬过程的影响,利用热天平对比研究了大同煤焦在O2/N2/和O2/CO2气氛中的燃烧行为,主要探讨CO2气化反应对煤焦富氧燃烧特性的影响。实验结果表明,在5%氧气体积分数下,煤焦在O2/CO2气氛下的燃烧速率要低于O2/N2气氛下。当氧气体积分数降低到2%,且温度高于900 ℃时,在CO2气化反应的作用下,煤焦在O2/CO2气氛中的整体反应速率逐渐高于O2/N2气氛中的燃烧速率,使得燃烬提前。随着环境温度的升高,煤焦在O2/CO2和O2/N2气氛下的反应速率均有所增加,但在O2/CO2中增幅更显著。动力学分析显示,在5%氧气体积分数时,大同煤焦在O2/N2中的活化能要低于O2/CO2中。当氧体积分数减少到2%时,由于高温下煤焦的燃烧和气化反应同时进行,较高的气化反应活化能使得煤焦在O2/CO2中的整体反应活化能有明显增加。     

点火方式对甲烷爆炸生成气体产物的影响研究

采用自主研发的采空区自燃诱发瓦斯爆炸系统,实验研究电火花和高温源2种点火方式引爆CH_4的气体产物变化规律。结果表明:2种点火方式引爆CH_4后,生成的碳氧化合物规律基本一致;低体积分数爆炸几乎不生成CO;CH_4体积分数大于9.5%时,随CH_4体积分数增大,CO的体积分数随之增加;CO_2的体积分数随CH_4体积分数先增大后减小,在CH_4体积分数为9.5%时CO_2生成量的最大;电火花引爆CH_4生成CO的量高于高温源引爆;高温源引爆CH_4生成CO_2的量高于电火花引爆;电火花点火方式在CH_4体积分数9.5%时,CO的生成较高温源点火方式有着更为敏感的表现。引爆CH_4体积分数较高(11.5%以上)的CH_4后会生成C_2H_6、C2H_4和C_2H_2等C_2类烃气。     

水蒸气/CO2/O2与无烟煤共气化过程研究

为综合利用固体氧化物燃料电池（SOFCs）产生的高温水蒸气及CO2尾气,采用流化床气化装置对水蒸气、O2、CO2气化晋城无烟煤过程进行了研究。结果表明：当气化温度为900 ℃时,增加水蒸气/CO2摩尔比,促进了煤的水蒸气气化反应和水汽变换反应的发生,使气化制得的合成气中H2含量增加,CO含量先增加然后基本保持不变;随着气化剂中O2流量的增加,合成气中CO体积分数先增加后减小,当气化剂中水蒸气、CO2与O2的摩尔比为14∶56∶30时,合成气中有效成分（CO+H2）体积分数达到最大（44.9%）;此外,优化得出赤泥的最佳添加量为8%,其含有的氧化铁等催化成分可以显著提高合成气中有效成分。     

评柴油机尾气净化系统中氧化催化箱的作用

作者对催化转化法在井下低污染柴油机尾气净化系统中的应用,从三个方面进行了分析,即:由于现代低污染水冷柴油机的排气温度较低,明显降低了催化装置的实际净化效率;在现代低污染风冷柴油机的尾气中,测得NC_x的含量比CO、HC要高,从而为稀释NO_x所需的风量比稀释CO、HC所需的风量要大,因此再用催化法处理CO是不必要的;催化装置还将把柴油燃烧过程中产生的SO_2进一步氧化成毒性更大的SO_3,加重了井下空气的污染。因此,作者认为,对于现代低污染柴油机,在其尾气净化系统中应用催化法装置是没有必要的,较好的净化系统可以采用水箱洗涤和尾气扩散器,并适当增大稀释风量。     

常村煤矿避难硐室供氧系统研究与应用

为完成常村煤矿避难硐室供氧系统的构建,通过理论分析,确定常村煤矿避难硐室“多级供氧系统”的研究内容及地面钻孔、井下压风和生氧净化器3种供氧系统的工作原理;根据温度平衡原理,计算压风系统的供风量为300 L/min;根据人均需氧量及空间影响函数,计算生氧净化器系统96 h,100人的总供氧量为484 m 3;根据人均排放二氧化碳情况,计算生氧净化器系统去除二氧化碳所需进风量为468 m 3 /h;通过净化器药剂压损试验,测得药剂压损随着风速的增加而增大,且当风速大于5 m/s时,压损增加较快;通过打压试验,测定常村煤矿避难硐室进、回风系统可保证硐室内160 Pa正压;研究结论可为避难硐室供氧系统的构建提供科学依据和试验数据。     

矿用救生舱中二氧化碳净化装置研究

根据我国煤矿现有条件及要求,对煤矿救生舱内空气净化技术进行了研究,提出了吸附性强、稳定性高的二氧化碳吸收剂,并通过对有限密闭空间空气净化风阻、风压、风量、吸收效率等计算,设计了一种用于适用于煤矿救生舱的二氧化碳净化装置,此装置具有操作简便、功耗小、吸收阻力低、性能稳定、独立性强、吸收效率高等特点,完全适用于煤矿救生舱内的二氧化碳去除。     

救生舱用超氧化钾药板供氧性能试验研究

在救生舱等待救援的过程中,由于避难人员代谢导致的舱内温湿度及各项气体浓度复杂波动的情况会对超氧化钾氧板的产氧性能产生显著影响。为了使氧板能够满足救生舱内供氧及二氧化碳控制的关键救援指标,建立了密闭舱室实验平台,并设计了辅助氧气再生装置等,通过模拟救援状态下真人呼吸情况,对超氧化钾氧板的性能进行了实验研究。通过实验精确测定了超氧化钾氧板在不同环境湿度、表面湿度、二氧化碳浓度条件下的产氧量、供氧速率、二氧化碳吸收速率等关键指标,并通过密闭舱内的真人生存试验对其进行了验证,得到了氧板在真人使用情况下的用法及用量。结果表明,每隔10 min向超氧化钾氧板喷30 mL水,2块氧板即可维持4人2 h的呼吸量;4块氧板配比2 kg二氧化碳吸收剂即可维持4人4 h的生存需求。     

密闭救援空间内碱石灰去除二氧化碳效率影响因素分析

在矿用救生舱、载人航天器等有人应急生存或作业的有限空间内长时间生存,去除人体代谢产生的二氧化碳是保障人员生存的重要措施。碱石灰相比于其他吸附药剂具有吸附稳定性高、技术成熟、价格合理等特点,作为密闭救援空间空气净化的吸附药剂具有无可替代的优点。但是救生舱等密闭救援空间由于受到灾变后特殊条件（外部动力中断及体积等因素）限定,要求碱石灰具有较高的吸附率和吸附速率。通过对市场粒径、组分、产品吸附率等条件的筛选,共选出6种碱石灰进行了不同组分、不同厚度、不同风速、不同温度及湿度下的吸附率影响因素试验,得到了碱石灰对二氧化碳吸附的最佳配比及在密闭救援空间内工作的最佳方式和最佳使用条件。结果表明：碱石灰在救生舱等密闭救援空间内使用条件、优化其成分配比、开发相关环境控制与生命保障技术装备提供了必要的数据支持及理论参考。     

煤矿主要通风机配电系统双电源切换装置应用研究

为排除煤矿井内瓦斯等有毒有害气体,提高矿产开采的安全性,保证井内持续通风至关重要。设计了一种煤矿主要通风机配电系统双电源切换装置,并对其应用过程进行研究。利用电压互感器采集煤矿主要通风机系统供电时的电压信号,并去噪处理电压信号。基于BP神经网络构建供电异常判别模型,在主电源供电不正常状况下,通过继电保护装置控制主电源电路上的断路器开闸,切断电力供应,同时向辅电源断路器发出合闸命令,将供电任务切换到辅电源上执行;主电源异常被排除之后,重复上述过程切换回主电源供电。结果表明,应用所设计装置将主电源切换至辅电源,所用时间为2.36 s;主辅电源切回到主电源,所用时间为1.25 s,动作时间更短,说明所设计的装置切换速度快,更能保证煤矿主要通风机系统持续运行。     

主通风机配电系统快切装置的研制与应用

为解决矿井主通风机供电可靠性技术问题,对失电负荷下变电站母线系统残压过渡过程进行了研究,探讨了在双回路电源切换与备用电源之间自动投入的关系原理的基础上,采用双CPU+CPLD结构设计的双电源快切主控制器和控制软件技术,设计了主通风机的高压配电网快切装置并应用于生产,解决了主通风机对电网供电质量不稳定性技术难题,消除了大面积停电停风的安全风险隐患。工业试验表明,该系统能够实现自动电源切换,简化操作流程,对提高主通风机的安全性、降低维修人员的劳动强度具有实际意义。     

煤矿井下供电系统接线方式的设计

通常煤矿井下供电系统采用高压单母线分段和低压单母线的接线方式,其只能保证高压负荷的双电源供电,不能保证低压负荷的双电源供电,会导致局部通风机等低压重要负荷不能可靠供电而停风造成瓦斯积聚,引起瓦斯爆炸的恶性事故屡屡发生。同时,向煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井自救系统供风的空压机,井下移动瓦斯抽放泵也会因停电造成自救系统失效和瓦斯积聚而引发恶果。根据新修订的《煤矿安全规程》有关规定,提出了井下供电系统接线方式的设计方案,并对实际接线中代用母线联络配电装置存在的问题提出了解决方法,为井下供电系统设计提供了依据。     

煤矿风机隔爆型大功率应急供电系统的研究

针对煤矿井下苛刻的环境以及保持巷道通风连续性的特殊需求,从提高风机供电可靠性角度考虑,开发了大功率三相应急供电系统,当主风机双电源同时出现故障时,该系统立即用于备用风机供电,使备用风机继续供风。当主风机供电电源故障解决后,应急供电系统通过自动投切装置,使工作面恢复由主风机继续供风,应急供电系统对蓄电池组进行充电与风机进...     

非正常状态下局部通风机全巷道自动预警装置的研究与应用

井工开采矿井局部通风机应用非常广泛,采区准备巷道各掘进工作面在施工时均采用压入式局部通风机供应新鲜风流,而工作期间通风机工作状态是否正常是制约安全生产的重要因素。故研制了一种局部通风机在非正常状态下全巷道自动预警的装置,并将该装置应用于陈四楼煤矿的各岩巷和煤巷掘进工作面。该装置实现了对局部通风机工作状态的实时监控,避免了局部通风机单机运转及通风机双停事故,消除了局部通风机潜在的安全隐患。     

永久避难硐室载人试验供氧系统对比分析研究

通过在山西屯留煤矿南二采区永久避难硐室进行80人、24 h载人生存试验,对地面钻孔压风供氧系统、矿井压风供氧系统和氧气瓶供氧系统的原理和效果进行了对比分析,得出永久避难硐室内氧气、二氧化碳、温度、相对湿度随时间变化规律,并且验证了硐室内各项气体指标均在规定范围内,证明了该永久避难硐室的有效性。