干燥褐煤的自燃与爆炸特性试验研究

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《2024年基于DSC的煤自燃倾向性鉴定实验研究》范文

《基于DSC的煤自燃倾向性鉴定实验研究》篇一一、引言煤炭自燃是煤炭在开采、运输、储存等过程中常见的灾害现象，对煤矿安全生产和环境造成了严重影响。

煤自燃倾向性鉴定是预防和控制煤炭自燃的重要手段之一。

目前，煤自燃倾向性鉴定主要采用实验室测试方法，其中差示扫描量热法（DSC）因其高灵敏度和高分辨率而被广泛应用于煤自燃倾向性的鉴定。

本文旨在通过基于DSC的煤自燃倾向性鉴定实验研究，深入探讨煤自燃的机理，为煤炭安全储存和预防煤自燃提供科学依据。

二、实验材料与方法1. 实验材料实验所用煤样采自不同矿区，经过粉碎、筛分等处理后得到。

同时，为保证实验数据的可靠性，需对煤样进行干燥处理，以消除水分对实验结果的影响。

2. 实验方法本实验采用DSC法进行煤自燃倾向性鉴定。

DSC法是通过测量物质在加热过程中的热流变化，从而得到物质的热力学参数，如反应热、反应焓等。

在煤自燃倾向性鉴定中，通过DSC法可以测量煤样在加热过程中的氧化放热速率，从而判断煤的自燃倾向性。

具体实验步骤如下：（1）将煤样置于DSC仪器中，设置实验温度范围和升温速率；（2）记录煤样在加热过程中的热流变化；（3）分析热流变化数据，计算煤样的氧化放热速率；（4）根据氧化放热速率判断煤的自燃倾向性。

三、实验结果与分析1. 实验结果通过DSC法对不同矿区的煤样进行自燃倾向性鉴定，得到了各煤样的氧化放热速率。

结果表明，不同矿区的煤样在自燃倾向性上存在差异。

2. 结果分析（1）煤的自燃倾向性与煤的化学组成、物理性质、环境条件等因素密切相关。

DSC法可以通过测量煤样在加热过程中的氧化放热速率，反映煤样的化学反应活性，从而判断煤的自燃倾向性。

（2）本实验结果表明，不同矿区的煤样在自燃倾向性上存在差异，这可能与煤的化学组成、物理性质、环境条件等因素有关。

因此，在煤炭的储存、运输等过程中，应根据煤的自燃倾向性采取相应的安全措施，以防止煤炭自燃事故的发生。

（3）DSC法具有高灵敏度和高分辨率，能够准确测量煤样在加热过程中的热流变化，为煤自燃倾向性鉴定提供了可靠的手段。

褐煤分析报告

褐煤分析报告1. 背景介绍褐煤是一种低质煤炭，通常呈棕黑色或褐色，主要包含各种有机物质，是一种可燃矿石。

不同地区的褐煤成分不同，其化学性质和燃烧特性也存在差异。

本报告旨在对褐煤进行分析，以了解其主要成分和品质特征。

2. 分析方法在对褐煤进行分析之前，首先需要采集样品，然后对样品进行前处理，例如研磨、筛分等。

接下来，可以使用以下分析方法来进行褐煤的分析：2.1 元素分析元素分析是评估煤炭品质的重要手段之一。

可以使用X射线荧光光谱仪（XRF）或感应耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）等仪器进行元素分析。

通过测量样品中元素的含量，可以了解褐煤中各种元素的相对含量和分布情况。

2.2 碳氢含量分析褐煤的主要成分是碳氢化合物，因此分析褐煤中的碳氢含量是十分重要的。

可以使用真空干燥法、元素分析法等方法进行碳氢含量的测定。

这些分析方法可以确定褐煤的碳氢含量和比例，从而进一步评估褐煤的能量价值。

2.3 燃烧特性分析褐煤主要用作燃料，因此了解其燃烧特性对于工业应用具有重要意义。

可以通过煤样的着火点、燃烧速率、灰化率等参数来评估褐煤的燃烧性能。

常用的分析方法包括差热分析法（DTA）、差热-热重分析法（DSC-TGA）等。

2.4 煤质评价指标根据褐煤的化学成分和煤质评价指标，可以对褐煤的品质进行评估。

常用的煤质评价指标包括灰分、硫分、产热量等。

通过这些指标，可以比较不同褐煤样品的品质差异，并选择适合特定应用的褐煤品种。

3. 结果分析经过对褐煤样品的分析，得到以下结果：•元素分析结果表明，样品中主要包含碳、氢、氧等元素，其中碳元素含量最高，占总质量的比例超过50%。

•碳氢含量分析结果显示，褐煤样品中的碳氢含量较高，预示着潜在的较高能量价值。

•燃烧特性分析结果表明，褐煤样品的着火点较低，燃烧速率较快，灰化率较高，适合用作燃料。

•根据煤质评价指标，褐煤样品的灰分和硫分较高，但产热量相对较低，说明该褐煤样品在环境污染方面存在潜在问题。

褐煤自燃实施方案

褐煤自燃实施方案褐煤是一种常见的燃料资源，但由于其内部含水量较高，易受潮受潮而引发自燃现象。

为了有效防止褐煤自燃，保障生产安全和资源利用，制定褐煤自燃实施方案至关重要。

一、褐煤储存管理。

1. 选择干燥通风地点进行褐煤储存，避免长时间暴露在潮湿环境中。

2. 对褐煤堆放区域进行定期检查，及时清理杂物，确保通风畅通。

3. 严格控制褐煤堆放密度，避免堆放过密导致通风不畅，增加自燃风险。

二、褐煤堆放管理。

1. 采取分层堆放褐煤，每层之间留有通风缝隙，利于空气流通，减少内部湿气积聚。

2. 对褐煤堆放区域进行分类管理，避免不同品质褐煤混合堆放，减少自燃风险。

3. 定期对褐煤堆放区域进行湿度检测，及时调整堆放方式，减少湿气积聚。

三、褐煤监测预警。

1. 安装褐煤堆放区域温湿度监测设备，实时监测环境数据。

2. 设立褐煤自燃预警机制，一旦监测数据异常，立即启动应急预案。

3. 建立定期检查制度，对褐煤堆放区域进行巡查，及时发现问题并采取措施。

四、褐煤防治措施。

1. 配备专业的褐煤灭火器材，确保在发生自燃时能够及时扑灭。

2. 建立褐煤自燃应急预案，明确责任人及处置流程，确保应急处置及时有效。

3. 定期组织褐煤自燃应急演练，提高员工应急处置能力。

五、褐煤安全教育。

1. 定期开展褐煤自燃安全知识培训，提高员工对自燃风险的认识。

2. 建立褐煤自燃安全警示标识，提醒员工注意自燃风险。

3. 加强员工安全意识教育，使其养成细心、严谨的工作态度。

六、褐煤自燃记录与分析。

1. 建立褐煤自燃记录档案，对自燃事件进行记录和分析。

2. 根据自燃事件分析结果，及时调整褐煤储存管理和堆放管理方案。

3. 定期对褐煤自燃实施方案进行评估，不断完善改进。

七、褐煤自燃实施方案宣传。

1. 运用多种宣传途径，向员工宣传褐煤自燃实施方案，提高员工对自燃风险的警惕性。

2. 加强与相关单位的沟通合作，共同推进褐煤自燃实施方案的落实和宣传工作。

结语。

褐煤自燃实施方案的制定和执行，对于保障褐煤生产安全和资源利用至关重要。

《2024年基于DSC的煤自燃倾向性鉴定实验研究》范文

《基于DSC的煤自燃倾向性鉴定实验研究》篇一一、引言煤炭自燃是煤矿安全生产的重大隐患之一，对煤炭资源的有效利用和矿井安全造成严重威胁。

因此，准确鉴定煤的自燃倾向性对预防和控制煤矿火灾具有重要意义。

差示扫描量热法（DSC）作为一种热分析技术，具有快速、准确、灵敏度高的特点，在煤自燃倾向性鉴定方面具有广泛应用。

本文旨在通过DSC实验研究，深入探讨煤的自燃倾向性，为煤矿安全生产提供理论依据和技术支持。

二、实验材料与方法1. 实验材料实验所用煤样采自不同矿区、不同煤种的煤炭，经过破碎、筛分、干燥等处理后，得到符合实验要求的煤样。

2. 实验方法本实验采用DSC技术进行煤自燃倾向性鉴定。

DSC实验原理是通过测量样品在程序控制温度下的热流差异，研究物质的热物理性质和化学反应过程。

在实验过程中，将煤样置于DSC仪器中，以一定速率升温，记录煤样的吸热或放热过程，从而分析煤样的自燃倾向性。

三、实验结果与分析1. 实验结果通过DSC实验，我们得到了不同煤样的热流差异曲线，以及相应的热力学参数，如反应热、反应焓等。

这些参数反映了煤样的自燃倾向性。

2. 结果分析（1）不同煤种的自燃倾向性差异显著。

在DSC实验中，不同煤样的热流差异曲线表现出明显的差异，说明不同煤种的自燃倾向性不同。

这可能与煤的成分、结构、含氧量等因素有关。

（2）DSC技术可以快速、准确地鉴定煤的自燃倾向性。

通过DSC实验，我们可以得到煤样的反应热、反应焓等热力学参数，这些参数可以反映煤样的自燃倾向性。

与传统的煤自燃倾向性鉴定方法相比，DSC技术具有更快的检测速度、更高的灵敏度和准确性。

（3）煤的自燃倾向性与煤矿安全密切相关。

通过对煤样的DSC实验，我们可以了解煤的自燃倾向性，从而采取有效的措施预防和控制煤矿火灾。

这对于保障煤矿安全生产、提高煤炭资源利用效率具有重要意义。

四、结论本文通过DSC实验研究，深入探讨了煤的自燃倾向性。

实验结果表明，不同煤种的自燃倾向性存在显著差异，DSC技术可以快速、准确地鉴定煤的自燃倾向性。

褐煤干燥技术研究进展

益被世界能源界所重视。
我国煤炭保有资源量的１２．７％ｌ＿。然而褐煤含
水量高（２０％～５０％），热值低，未经干燥送人炉
膛进行燃烧，将会增加锅炉烟气量，热量损失增
多，锅炉效率下降，ＣＯ：和ＳＯ：排放增加，同时将
ＬＩＵＺｈｉ — ｑｉａｎｇ，ＦＡＮＸｉａｏ — ｈｕａ
（ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅＥｌｅｃｔｉｒｃＰｏｗｅｒＣｏｍｐａｎｙ，
０引言
根据２０１２年最新统计，火力发电占我国总发电量的８２．８４％，而火力发电的９０％以上又都是燃煤发电。在目前全球能源１３趋紧张的形势下，按照我国能源发展战略的要求，已经不允许大规模地利用优质煤炭资源，以前利用较少的褐煤日
摘要：褐煤在我国储量巨大，价格便宜，但由于褐煤含水量大，一直阻碍着褐煤的高效利用。干燥技术的开发应用可以提高褐煤等年轻煤种的市场竞争力，改善燃用褐煤电厂的整体经济和环境效益。文章介绍国内外几种褐煤干燥技术，并分析各自的特点。最后，对我国褐煤干
２０１３年第８期（总第１８８期）
应用能源技术
９
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９— ３２３０．２０１３．０８．００３

褐煤干燥特性研究

５％以上，晚侏罗世的褐煤水分则相对较低，内ห้องสมุดไป่ตู้０而如
朱书全等利用Ｓｔｒ８Ｄ微热量仪测定ｅａＣ０ａｍ
了不同变质程度煤在水中的润湿热，究了煤的润湿研热与煤中水分、氧含量以及与水煤浆之间的关系，发现润湿热与煤的成浆性有较好的对应关系，和水的作煤用为放热反应，阶越低，煤氧含量越多，润湿热越大。刘旭光对水含量较高的Ｂｎｏ褐煤进行了ａｋ蒸发干燥处理和煤油成浆覆盖沥青干燥处理，用并热重、台和红外等设备对所得煤样的组成、构热结
全国中文核，期刊矿业类核心期刊（Ａ— ＤＣＪＣ规范》执行优秀期刊＿Ｊ
ｒ
］
褐煤千爆特性研究
陶建红
（国平煤神马能源化工集团有限责任公司，南平顶山４７０）中河６００
摘要：化床干燥褐煤具有快速干燥脱水特性，于内蒙古褐煤煤样，流对当干燥温度小于２０ｏ，除煤样外在水分达到煤样临界干基湿含量所用的最短时间为８ｍｎ而当干燥介０Ｃ时去ｉ。
质温度大于２０ｃ，燥速度加快，到煤样临界干基湿含量的时间缩短到５ｒｎ干燥脱２Ｃ时干达ｉ。ａ
水特性方程，符合单项扩散模型，干燥规律与干燥介质温度和风速有密切关系。其
关键词：褐煤；干燥特性；清洁能源

褐煤干燥特性的实验研究

控制；对实验结果进行动力学分析，整理出在８一１ｏ℃下干燥的有效水分扩散系数变化范围为５９ ×１一－１８５Ｏ２．１０－．１
× ０ｌ／。根据Ａｒｅｉｓ１ｌｓｌ２ｒｎ经验公式建立了温度与扩散系数的关系，到干燥时水分扩散活化能为３．４ｋ／ｏ。ｈｕ褐煤干燥的温度范围。褐煤的热重分析表明：褐煤干燥温度应不高于２０℃。在热重分析５确定的温度范围内，采用薄层干燥方式进行了褐煤颗粒的等温干燥实验，得了褐煤颗粒干燥速率随水分的变化获关系，颗粒的干燥主要处于降速干燥阶段，干燥过程中未出现恒速干燥阶段，明褐煤颗粒的干燥主要受扩散机理说
ＸＩＮＧｈｎ－ｈｎ，ＸＡＮＧＦｉ，ＵＱｉｇｇｎＯＣｅｇｃｅｇ’ ＩｅＬｎ－ａｇ
（．ＧａｕｔＵｉｒｔ，ｈｎｓｃｄｍｙｏｃｅｃｓＢｉｎ００９ｈｎ；．Ｉｓｔｔｏｎｉｅｒｇ１ｒｄａｎｅｓｙＣｉｅＡａｅｆｉｅ，ｅｉ１０４，Ｃｉａ２ｎｔｕｅｆｇｅｎｅｖｉｅＳｎｊｇｉＥｎｉ
（．中国科学院研究生院，北京１１０４２中国科学院工程热物理研究所，北京００９；．
１０９）０１０
摘要：为获得褐煤颗粒干燥器设计的基础数据，宁夏褐煤进行了工业分析、对热重分析，得到了褐煤水分、发分的挥
第３９卷第８期
２１年８月０１

褐煤的热干燥机理及实验研究

褐煤的热干燥机理及实验研究褐煤是一种煤化程度低、水分含量高、热值低的煤种。

但因其储量巨大,开采成本低,硫、磷含量低,环境污染小,从而对褐煤的综合利用成为当今研究的热点课题之一,而实现褐煤综合利用的前提是对其进行脱水提质。

热干燥法因其去除水分高,安全可靠,设备成本低的特点成为当今对褐煤干燥的主要方式之一,其主要包括流化床直接热干燥、微波直接热干燥、空气直接热干燥、间接式搅动热干燥等。

但是,目前对褐煤热干燥模型以及热干燥机理的相关研究报道很少。

本文研究的主要目的是建立新型褐煤热干燥模型并且探究典型热干燥方法对褐煤本身物理化学特性、干燥脱除废水的物理化学特性、干燥后褐煤热解燃烧特性影响的机理。

主要进行了以下工作:首先为了建立新型褐煤热干燥模型,将褐煤中的水分按照其与煤的结合方式分成三种,相应的热干燥过程中需要的能耗分为四种。

化学结合能高达数十兆焦,且此种水分含量少,在常规热干燥情况下不考虑;在常温常压下水相变所需的能量为定值2.4MJ/kg;根据量子力学相关理论,采用Lennard-Jones10-4-3势能方程,对水克服分子之间相互物理作用所需的能量进行定量计算;采用平衡蒸气压理论对毛细管中的水分的脱除能耗进行了计算。

同时采用智能重量分析仪(IGA)对热干燥过程中的能量进行了实验验证,结果显示,模型的计算结果和实验测量的结果吻合很好。

最后根据模型将褐煤热干燥过程分为三个阶段,并且对每个阶段的干燥经济性进行了具体分析。

然后对褐煤间接式搅动干燥过程的干燥特性及其过程中生成的污水的物理化学特性进行了分析研究,结果发现,随着干燥热源温度的升高,使煤中官能团发生分解,从而导致其化学耗氧量和总有机碳含量增加。

同时其中的主要无机阴离子(F-,Cl-,Br-,PO43-,SO42-NO3-)和主要无机阳离子(Na+,K+,Ca2+,As3+,Fe2+,Hg2+,Mn2+,Se2+,Zn2+)逐渐从煤中溶出到水中,从而导致其电导率逐渐增加,并且其pH值和表面张力值均逐渐减小。

褐煤干燥及复吸特性试验研究

Ｕ＝ｋｘＸ。（４）
列自然对流干燥试验，获得了干燥温度、干燥时
间等对干燥效果的影响，并在数据分析基础上获得了干燥时间估计方法和经验关联式。
３．１干燥时间对干燥效果的影响
由公式（２）和公式（３）获得：
Ｕｃ＝（丁一），ｔ１一托）。
（２）（３）
ｒ（０，ｒ）＝ｒｏ
＝
。
其中：
ｏｃ —— 热扩散系数；
收稿日期：２０１４－０５ — ０４
Ｇ’／Ｓ — — 单位干燥面积上的绝干物料量；
干燥时间是影响褐煤干燥效果、能量利用率和生产量的一个十分重要的因素。在适宜的干燥
温度下，干燥时间过短，会造成褐煤脱水不完全，
将临界含水量和代入，则降速干燥段的
干燥时间为
一
热解过程中褐煤含水过高，从而降低褐煤的产油
于煤表面水分的汽化速率，也就是决定于煤外部
同时，脱水褐煤极易复吸和自燃，性质极不稳定。
脱水褐煤氧化快，从２Ｏ℃ 到６Ｏ℃ 需要一个月，从６０℃到２８４℃燃点需要２４ｈ【３］。因此，研究褐煤干燥和水分复吸特性对于指导干燥设备的设计和实际操作运行具有现实意义。１干燥试验原理煤样的干燥与物料干燥原理类似，可以分为预热段、恒速干燥段和降速干燥段。对于不同干燥段内干燥时间的估计有不同的计算方法。由于

胜利褐煤结构热演变历程及自燃倾向性的研究

研究现状总结与展望
03
研究方法与实验设计
样品采集
从胜利褐煤田采集具有不同变质程度的煤样，并选取部分样品进行破碎和研磨，以便进行更精细的实验分析。
自燃实验
将煤样置于模拟实际储存条件的密闭环境中，通过监测环境温度和压力变化，以及产生的气体产物，研究煤的自燃倾向性及其与煤结构的关系。
分子结构分析
利用X射线衍射、红外光谱等手段对煤样进行分子结构分析，研究煤结构在热演变过程中的变化规律。
热解特性
利用红外光谱、X射线衍射等手段，研究褐煤在加热过程中的结构演变历程，分析其自燃倾向性。
结构演变历程
褐煤自燃倾向性评价方法
褐煤自燃倾向性影响因素分析
要点三
煤质特征
褐煤的煤质特征如水分、灰分、挥发分、含碳量等对其自燃倾向性具有重要影响。其中，水分和挥发分通常与褐煤的自燃倾向性呈正相关，而灰分和含碳量则与其呈负相关。
要点一
要点二
ห้องสมุดไป่ตู้矿物质含量
褐煤中的矿物质含量对其自燃倾向性具有显著影响。一些矿物质如黄铁矿、方铅矿等能够催化褐煤的氧化反应，使其自燃倾向性增强。
温度和湿度
环境温度和湿度也是影响褐煤自燃倾向性的重要因素。在较高温度和湿度条件下，褐煤更容易发生氧化反应，自燃倾向性增强。
要点三
06
研究结果讨论与优化建议
褐煤热解过程
褐煤自燃是一个复杂的物理化学过程，涉及煤的内部结构和化学成分变化以及外部环境因素的作用。
针对褐煤自燃的防治措施需要建立在对其热演变历程的深入理解之上。
通过研究褐煤结构热演变及自燃倾向性，有助于揭示褐煤自燃的物理化学机制。
为制定有效的防治措施提供理论支持和实践指导，提高褐煤开采的安全性和可持续性。

印尼褐煤无黏结剂型煤自燃与燃烧特性研究

第３卷第２期５２１０２年４月
煤炭转化
Ｃ０ＡＬＣ０ＮＶＥＲＳ１０Ｎ
Ｖｏ．５Ｎｏ２１３．
Ａｐｒ２０２．１
印尼褐煤无黏结剂型煤自燃与燃烧特性研究
李先春 ” 余江龙Ａｒｓａｍａｅｉ孟繁锐。韩艳娜ａｈＴｈｓｂ。）
氧化反应热，与在１０℃干燥氧气下低阶煤的氧化２反应热（９／）近．１２Ｊｇ相因此，在低温情况下空气的湿度是影响低阶煤氧化反应及其自燃过程的最重要
１实验部分
实验选取一种典型的印度尼西亚褐煤，煤和原
Ｐｏｉｔｎｌｓｓａｒｘｍａｅａａｙｉ，ｄＭＲａｃａｗｏｌ
Ｂｒｕｔｅｉｅｔｑ
因素．ａｓｎ等Ｌ研究表明煤的孔结构在氧化过程Ｋｒｅ２中起重要作用，中大孔在煤的氧化行为中占支配其
地位．同干燥方式对褐煤热解和气化反应活性会不
关键词褐煤，黏结剂型煤，无自燃，烧特性燃中图分类号ＴＱ５１Ｔ３３，Ｑ５４
０引言
褐煤含水量高，应活性好，期堆放极易自反长
效地利用褐煤资源，系统地研究型煤的自燃和燃烧特
型煤样品的工业分析和元素分析见表１．
表１煤样的工业分析和元素分析（ｊ％
Ｔａｅ１Ｐｒｉｂｌｏｘｍａｔｎｄｕｔｍａｅａａｌｉｆｔｅｃａｍｐｅ（ｓ

粒径对褐煤非薄层干燥及干燥褐煤自燃与复吸特性的影响

粒径对褐煤非薄层干燥及干燥褐煤自燃与复吸特性的影响张一昕;贾文科;郭旸;王如梦;郭凡辉;武建军【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2022(47)5【摘要】研究了非薄层状态下昭通褐煤粒径对其干燥及干燥褐煤自燃、复吸特性的影响。

采用褐煤非薄层干燥实验装置,测定了不同粒度褐煤非薄层干燥残留水分含量变化,实验结果表明粒度较小的样品具有较高的干燥速率,当褐煤粒度降低至临界粒度(2~5 mm)时,进一步降低粒度不会促进褐煤干燥速率的提升;非薄层干燥过程中仅观察到了升速干燥阶段和降速干燥阶段,且最大干燥速率显著低于褐煤薄层干燥研究中的最大干燥速率;褐煤非薄层干燥中样品温度、残留水分为非均匀分布,通过数值模拟发现样品表层和中心区域温度、残留水分存在显著的梯度,温度、残留水分分布呈现分层现象,温度分布数值模拟结果在褐煤非薄层干燥中试实验中得到验证。

采用交叉点温度法与绝热氧化速率法测定了干燥后褐煤的自燃特性,在交叉点温度测试过程中自然对流主导热质传递,小于临界粒度时进一步减小褐煤粒度其交叉点温度无明显变化;在绝热氧化速率测试过程中强制对流主导热质传递,绝热氧化速率随褐煤粒度减小持续降低。

干燥后褐煤非薄层复吸时,粒度较小的样品具有较高的复吸速率,当褐煤粒度降低至临界粒度时,进一步降低粒度不会导致复吸速率的增加。

非薄层状态下褐煤干燥及干燥褐煤自燃与复吸特性均与薄层状态下有显著差异,临界粒度对于褐煤干燥具有重要意义,在临界粒度范围进行干燥可在保证干燥速率的同时降低破碎成本,且不会导致自燃倾向性与复吸速率提升。

【总页数】10页(P2096-2105)【作者】张一昕;贾文科;郭旸;王如梦;郭凡辉;武建军【作者单位】中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心;中国矿业大学化工学院【正文语种】中文【中图分类】TD536【相关文献】1.微波干燥褐煤复吸特性研究2.褐煤干燥及复吸特性试验研究3.不同干燥方式对褐煤孔结构及复吸特性的影响4.干燥温度对褐煤干燥后复吸特性的影响5.东北某露天矿褐煤干燥提质对水分复吸的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

动力工程-褐煤及其混煤燃烧、结渣特性的实验研究

第19卷　第6期　・428・1999年12月动　力　工　程POW ER EN G I N EER I N G　V o l .19N o.6　D ec .1999　文章编号:100026761(1999)0620428206褐煤及其混煤燃烧、结渣特性的实验研究张晓杰1,　王　阳2,　李振中2,　李松庚2聂其红1,　孙少增1,　张经武2,　秦裕琨3(1.东北电力科学研究院,沈阳110006;2.国家电站燃烧技术研究工程中心,沈阳110034;3.哈尔滨工业大学,哈尔滨150001)摘　要:在1个容量为640M J h 、配有独立制粉系统和烟气在线分析系统的热态试验台上,利用3种褐煤进行了试验。

试验结果表明:混煤中的单一煤种在混煤燃烧过程中基本保持各自特性,混煤的结渣特性与各自煤种的结渣特性有很大的不同。

图6表4参6主题词:混煤;燃烧;结渣;试验中图分类号:T K 16 文献标识码:A收稿日期:1999203205作者简介:张晓杰(1969～),男,现在东北电力科学研究院工作,同时为哈尔滨工业大学热能工程专业博士生。

主要从事煤粉燃烧技术研究工作。

已发表论文10多篇。

0　概述由于我国煤炭洗选率较低,运输能力不足以及国家有关对锅炉等燃烧设备尽量燃用劣质煤的政策等原因,造成用煤企业经常燃用2种或2种以上的混煤。

1987年,哈尔滨成套设备研究所对全国的428个主力火电厂的基本情况进行调查时,发现很多电厂烧非设计煤种或混煤[1]。

若煤种选择恰当,混合均匀,配比合理,创造良好的燃烧条件,则能发挥组分煤种各自的优越性,取长补短,给锅炉的安全和经济性带来良好的影响。

然而,混煤虽然是一个简单的机械混合过程,但由于不同煤种的组成及特性不同,造成各煤种有着不同的燃烧特性,而掺烧时不可能同时满足掺混煤种的燃烧条件,若混煤配置不当,会造成燃烧设备运行水平下降,燃烧不稳定,效率降低,结渣积灰加剧,甚至造成停炉事故。

对于混煤燃烧和结渣规律,国内外已进行过一些研究。

干燥褐煤的FTIR分析及热解实验研究

干燥褐煤的FTIR分析及热解实验研究李先春;王丽娜;韩艳娜;孟凡锐;余江龙【摘要】为比较空气和过热蒸汽干燥对褐煤化学结构和反应活性的影响,在流化床干燥器中对褐煤进行干燥,采用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对原煤和干燥后样品的化学结构参数进行分析,并通过热重分析(TGA)实验对比了不同干燥方式褐煤的热解特征参数和动力学参数.结果表明:褐煤在空气和过热蒸汽干燥过程中,随着温度的升高会逐渐失去羧基和羰基含氧官能团,当温度高于135℃时,空气中干燥的褐煤发生表面氧化反应,而在蒸汽中干燥的褐煤,温度达到160℃仍没有发生氧化反应.干燥后的褐煤与原煤相比,活化能增加,反应活性降低.相同温度下,过热蒸汽干燥后褐煤的活性大于空气干燥后褐煤的活性.【期刊名称】《煤炭转化》【年(卷),期】2014(037)004【总页数】5页(P17-21)【关键词】干燥褐煤;FTIR分析;热解;动力学参数;反应活性【作者】李先春;王丽娜;韩艳娜;孟凡锐;余江龙【作者单位】辽宁科技大学材料与冶金工程学院,114051 辽宁鞍山;辽宁科技大学材料与冶金工程学院,114051 辽宁鞍山;辽宁科技大学化工学院,114051 辽宁鞍山;辽宁科技大学化工学院,114051 辽宁鞍山;辽宁科技大学化工学院,114051 辽宁鞍山【正文语种】中文【中图分类】TQ533.6;TQ028.60 引言褐煤含水量高，反应活性好，长期堆放极易自燃，不适合长途运输.为了提高褐煤利用过程的热效率和降低CO2排放，干燥过程将成为有效利用褐煤的一个重要环节.褐煤在干燥过程中，其物理和化学结构会发生变化，并对其热解、燃烧和气化过程产生重要的影响.文献[1]详细分析了印尼褐煤干燥提质处理后物理结构的变化，结果表明，印尼褐煤在干燥和高压成型过程中，发生了孔的收缩和崩塌，特别是微孔收缩程度要更大一些；经过提质处理后，褐煤的自燃着火倾向降低，热解和燃烧反应性降低.Ohki等[2]对高温热水干燥后印尼低阶煤的结构变化和燃烧特性进行了研究，结果表明，干燥后印尼褐煤的比表面积降低，羟基、甲基和羧基官能团减少，着火温度升高.Murray等[3]研究了褐煤在热水中进行干燥后含氧官能团的变化，实验结果表明，酚类官能团在150 ℃开始分解，在200 ℃时分解特别明显；醇类官能团在低于200 ℃时保持稳定，超过200 ℃时分解逐渐增大；羧酸和羰基官能团超过150 ℃开始分解；羧基官能团从20 ℃开始分解，当温度增加到200 ℃时分解量增加.傅立叶变换红外光谱(FTIR)是一种常用的测定褐煤结构特征的方法，可以有效地用于褐煤中含氧官能团的分析.[4-6]Tahmasebi et al[7]采用FTIR技术对维多利亚褐煤在蒸汽和热空气干燥后化学结构变化进行了研究，发现空气干燥褐煤温度低于130 ℃时，含氧官能团减少，温度高于170 ℃时，褐煤中的有机物质发生氧化反应，使含氧官能团增加；蒸汽干燥褐煤含氧官能团随着温度的升高而明显降低，芳香结构的减少可以忽略不计.利用热重分析技术可以通过测量煤粉热解过程中质量与温度的变化关系，而得到煤粉热解的特征温度和动力学参数.[8-9]反应动力学参数包括活化能、反应级数和指前因子，其中活化能是决定反应速率的主要参数.活化能代表反应物的分子由初始稳定状态变化为活化分子所吸收的能量，活化能的大小反应了煤热解的难易程度，与煤的热解温度是一致的.同时，活化能的大小也反映了煤的反应活性大小，活化能越大，煤的反应活性越差.本实验选取呼伦贝尔褐煤为研究对象，采用空气和过热蒸汽流化床进行干燥，对干燥后的褐煤样品进行FTIR分析，并对热解实验数据采用非等温热重分析法比较了两种不同方式干燥后褐煤的热解动力学参数和反应活性.1 实验部分1.1 实验样品选取呼伦贝尔褐煤为实验样品，原煤的工业分析和元素分析见表1.表1 原煤的工业分析和元素分析(%*)Table 1 Proximate and ultimate analysis of the raw coal samples(%*)MarProximate analysis(ad)MAVFCUltimate analysisCHONS32.114.8812.1233.9839.0252.804.3015.000.680.22* Mass fraction.1.2 实验设备和方法干燥褐煤样品由自制的流化床干燥实验装置制备，其具体结构和实验方法详见文献[10].干燥介质经管式电阻炉加热后进入流化床干燥器进行褐煤样品干燥.实验采用的干燥介质分别为空气和过热蒸汽，其中过热蒸汽由LDR 0.004-0.7型电热蒸汽发生器制备.实验样品的FTIR分析采用Thermo Scientific Nicolet iS5傅立叶变换红外光谱仪.取KBr载体与实验样品(质量比120∶1)混合均匀，装于FW-4A型粉末压片机中压片，再放入红外光谱仪中扫描分析.对得到的红外谱图4 000 cm-1～400 cm-1区域采用origin软件处理.为了进一步得到各基团吸收峰的位置及面积数据，采用origin软件对三个明显变化区域(3 500 cm-1～3 000 cm-1，3 000 cm-1～2 800 cm-1，1 775 cm-1～1 500 cm-1)进行分峰拟合处理.图1是原煤3 500 cm-1～3 000 cm-1区域的分峰拟合曲线.由图1可以看出，该区域有两个主要吸收带，其中3 338 cm-1附近是氢键结合水的吸收带，3 200 cm-1附近是酚基和羧酸结构中羟基的吸收带.图2是空气流化床(160 ℃)干燥褐煤1 775 cm-1～1 500 cm-1区域分峰拟合曲线.其中羧基吸收带为1 770 cm-1～1 650 cm-1，芳香碳吸收带为1 610 cm-1，羧酸和芳香环分支族吸收带为1 560 cm-1～1 490 cm-1.图1 原煤3 500 cm-1～3 000 cm-1的分峰拟合曲线Fig.1 Curve-filled FTIR spectra of 3 500 cm-1～3 000 cm-1 for raw coal热解实验采用美国PE公司Diamond TG/DTA6300型热重分析仪，样品质量约为20 mg，气体流量为100 mL/min，升温速率为10 ℃/min，坩埚材质为纯Al2O3，实验保护气为高纯N2.图2 空气干燥煤(160 ℃)1 775 cm-1～1 500 cm-1的分峰拟合曲线Fig.2 Curve-filled FTIR spectra of 1 775 cm-1～1 500 cm-1 for air dried coal at 160 ℃2 结果与讨论2.1 干燥褐煤的红外光谱分析2.1.1 空气流化床干燥图3是原煤(RC)与135 ℃和160 ℃空气流化床干燥褐煤(记为ADC135和ADC160)的傅立叶红外光谱.由图3可以看出，3 500 cm-1～3 000 cm-1波段(羟基吸收区)、3 000 cm-1～2 800 cm-1波段(脂肪基C—H吸收区)和1 775 cm-1～1 500 cm-1波段(羰基吸收区)发生了明显的变化.图4为样品在不同干燥温度下3 000 cm-1～2 800 cm-1波段的红外光谱.其中2 955 cm-1和2 922 cm-1附近分别为不对称(asym)的甲基(—CH3)和亚甲基分支(—CH2—)，2 850 cm-1附近分别为对称(sym)的甲基(—CH3)和亚甲基分支(—CH2—)，2 897 cm-1附近处为甲烷基分支(—CH—).由图4可以看出，随着干燥温度的升高，脂肪氢的含量降低.在煤的干燥过程中，芳香碳的含量保持稳定，因此含氧官能团与芳香碳的比值可以定量分析含氧官能团的变化.图3 原煤和空气干燥褐煤的红外光谱Fig.3 FTIR spectra of raw coal and air dried coal图4 原煤和空气干燥褐煤3 000 cm-1～2 800 cm-1区域的红外光谱Fig.4 FTIR spectra of 3 000 cm-1～2 800 cm-1 for raw coal and air dried coal表2是根据分峰拟合定义的结构参数.表3是原煤与不同干燥温度下褐煤样品分峰拟合后得到的吸收峰面积比，用以定量比较褐煤中含氧官能团的变化.其中Car/Hal为芳香碳与脂肪氢的比值，CO/Car为羰基与芳香碳的比值，COOH/Car 为羧基与芳香碳的比值.由表3可以看出，随着干燥温度的增加，脂肪氢的含量单调减少.当干燥温度达到135 ℃时，褐煤中的羰基和羧基官能团减少，而干燥温度升高到160 ℃时，以上两种官能团的含量显著增加.实验结果说明，呼伦贝尔褐煤在空气中干燥时，温度较低会失去羰基和羧基含氧官能团，温度较高则会发生氧化反应而导致羰基和羧基含氧官能团的增加.脂肪氢含量的单调减少说明褐煤在干燥过程中随着温度升高，会形成酚基和羧酸结构而以失去芳香氢结构为代价，褐煤的氧化主要发生在脂肪氢的侧链和桥键上.通过含氧官能团的变化可以得出：当呼伦贝尔褐煤在空气中干燥时，干燥温度应当控制在135 ℃以下以避免其氧化.表2 分峰拟合定义的结构参数Table 2 Defined structure parameters for curve-fitting analysisDefined parameterAdsorption zoneCar/Hal1 610 cm-1/2 965 cm-1～2 850 cm-1CO/Car1 750 cm-1～1 650 cm-1/1 610 cm-1COOH/Car1 705 cm-1/1 610 cm-1表3 原煤和空气干燥煤的分峰拟合结果Table 3 Parameters based on FTIR spectra for the raw and air dryingsamplesSampleCar/HalCO/CarCOOH/CarRC1.1930.7360.255ADC1352.0480 .4780.198ADC1602.2200.6190.2712.1.2 蒸汽流化床干燥图5是原煤(RC)与135 ℃和160 ℃蒸汽流化床干燥褐煤(记为SDC135和SDC160)的傅立叶红外光谱.与空气干燥相同，对3 500 cm-1～3 000 cm-1，3 000 cm-1～2 800 cm-1和1 775 cm-1～1 500 cm-1波段都进行了分析.图6是样品在不同干燥温度下3 000 cm-1～2 800 cm-1波段的红外光谱.由图6可以看出，随着干燥温度的升高，脂肪氢的含量单调减少.表4为原煤与不同蒸汽干燥温度下褐煤样品分峰拟合后得到的吸收峰面积比.由表4可以看出，Car/Hal的比值随干燥温度升高而增大，说明蒸汽干燥褐煤会破坏其弱脂肪族C—H结构，从而降低了褐煤的挥发分含量.在较高的干燥温度下蒸汽干燥样品的芳香度增加是以脂肪氢的分解为代价.COOH/Car和CO/Car的比值随干燥温度的升高而单调减小，说明褐煤在蒸汽干燥过程中，羧基和羰基含氧官能团会逐渐失去，而褐煤没有发生氧化反应.结果分析表明，呼伦贝尔褐煤在蒸汽中干燥时，干燥温度可以保持在160 ℃而不会发生氧化反应.图5 原煤和蒸汽干燥褐煤样品的红外光谱Fig.5 FTIR spectra of raw coal and steam dried coal图6 原煤和蒸汽干燥褐煤3 000 cm-1～2 800 cm-1区域的红外光谱Fig.6 FTIR spectra of 3 000 cm-1～2 800 cm-1 for raw coal and steam dried coal表4 原煤和蒸汽干燥煤的分峰拟合结果Table 4 Parameters based on FTIR spectra for the raw and steam dryingsamplesSampleCar/HalCO/CarCOOH/CarRC1.1930.7360.255SDC1351.3580. 6700.218SDC1601.9230.5020.1412.2 热解实验结果比较第20页图7为原煤(RC)、空气干燥褐煤(ADC160)和蒸汽干燥褐煤(SDC160)三种样品的热解特性曲线.由图7a可以看出，三种褐煤的热解过程大致分成三个阶段：从20 ℃至170 ℃为第一阶段，此阶段主要是干燥脱水，吸附气体的脱除和脱羧基反应阶段，失重量大约占总失重量的15%.由图7b可知，在100 ℃前出现一个峰，RC的失重峰要大于ADC160和SDC160的失重峰.主要因为RC的水分含量高于ADC160和SDC160的水分含量；第二阶段，170 ℃至600 ℃发生强烈的热解.这一阶段以解聚和分解反应为主，生成和排出大量气体和焦油.在430 ℃左右热解反应最剧烈，在DTG曲线上出现最大失重峰；第三阶段，600 ℃至1 050 ℃.在这一阶段，半焦变成焦炭，以缩聚反应为主，析出以甲烷和氢气为主的气体.由图7b还可以看出，在相同的温度条件下，RC的失重率要大于ADC160和SDC160的失重率，这说明了RC的热解反应活性大于ADC160和SDC160的热解反应活性.图7 不同褐煤样品的热解特性TG-DTG曲线Fig.7 TG-DTG pyrolysis curves of different lignite samplesa—TG；b—DTG□—RC；○—ADC160；△—SDC160 表5是三种褐煤的热解特性参数.其中Ti为挥发分初始析出温度，℃；(dm/dt)max为挥发分最大释放速度的峰值，mg/min；Tmax为(dm/dt)max对应的温度，℃；ΔT1/2为对应于(dm/dt)/(dm/dt)max=1/2时的温度区间，℃.显然，(dm/dt)max越大，挥发分释放得越强烈；Ti越小，挥发分越容易析出；Tmax越低，ΔT1/2越小，则挥发分的释放高峰出现得越早，越集中，对着火越有利，反之，越不利于着火.由表5可以看出，蒸汽干燥褐煤的挥发分比空气干燥褐煤和原煤的挥发分容易析出.蒸汽干燥褐煤的热解过程结束温度最低，空气干燥褐煤热解结束的温度最高.文献[11]将Tmax作为衡量褐煤热解反应活性的指标.由表5可以看出，三种褐煤样品反应活性的大小依次为RC>SDC160>ADC160.表5 三种褐煤样品的热解特征参数Table 5 Pyrolysis characteristic parameter of the three lignitesamplesSampleTi/℃(dm/dt)maxTmax/℃ΔT1/2/℃RC284.10.272434.7372.1SDC160285.30.322436.0370.8ADC160289.30.344439.6369.22.3 热解动力学分析由热重曲线(TG)得到的m-T(质量-温度)关系，应用下式求得热解转化率x：(1)式中：m0，m和mf分别为试样的原始质量、温度T时的质量和达到热解终点时的剩余质量.热解反应速度基本符合以下化学动力学方程：=A(1-x)nexp(-E/RT)(2)式中：t为时间，s；n为反应级数；A为频率因子，s-1；E为活化能，kJ/mol；T 为绝对温度，K；R为通用气体常数，8.314 J/(mol·K).实验在恒速升温条件下进行，当升温速率为k时，dT=kdt，故式(2)可写成：(3)对式(3)左右两边积分后取对数得：(4)式(4)即著名的Coats-Redefern积分式，Coats等认为，对大多数E值，在反应通常发生的温度范围内，表达式ln[(AR/kE)(1-2RT/E)] 通常为常数.因此，当n≠1时，ln[1-(1-x)1-n/(T2(1-n))]与1/T呈线性关系；当n=1时，ln[-ln(1-x)/T2]与1/T之间呈线性关系，由直线的斜率和截距可以确定反应的活化能和频率因子.对三种煤的动力学曲线运用origin软件，在不同反应级数下分段线性回归，当反应级数n=1时能得到很好的线性关系.对DTG曲线峰附近温度区间为410 ℃～450 ℃处按上述方式进行线性回归，得到三种煤活化能E和频率因子A的值，结果见第21页表6.由表6可以看出，三种褐煤的活化能大小依次是ADC160> SDC160>RC.原煤与干燥煤相比较，干燥煤的反应活性低于原煤的反应活性.不同干燥方式相比较，空气干燥活性低于蒸汽干燥活性.表6 三种煤样的热解动力学参数Table 6 Kinetic parameters of three lignite sampl es under pyrolysis conditionSampleActivation energy E/(kJ·mol-1)Frequency factor A/s-1Related coefficientR2RC12.270.230.9979SDC16023.000.930.999 8ADC16037.741.140.999 9这是因为干燥温度大于135 ℃时，空气干燥导致褐煤表面氧化，使其反应活性降低.由FTIR分析的结果可知，蒸汽干燥温度为160 ℃时，褐煤表面没有发生氧化，但其含氧官能团和脂肪氢发生分解，导致其活性降低.由于表面氧化使褐煤活性降低的程度更大一些，为了避免反应活性过度降低，对于空气干燥，要控制干燥温度低于135 ℃，并优先采用蒸汽干燥褐煤的工艺.3 结论呼伦贝尔褐煤热解反应的活化能为12.27 kJ/mol，褐煤经干燥处理后反应活性降低，其中空气干燥过的褐煤由于其表面官能团发生氧化反应而活性最差.在热空气中干燥褐煤，温度低于135 ℃时褐煤含氧官能团减少；而温度高于135 ℃时，褐煤被氧化致其有机结构发生变化.呼伦贝尔褐煤进行空气干燥提质的温度应低于135 ℃.在蒸汽流化床干燥中，呼伦贝尔褐煤经蒸汽干燥增加了其芳香性而其含氧官能团含量降低，可以采用更高的蒸汽温度干燥褐煤，且褐煤有机结构没有明显的变化.参考文献[1] 李先春，余江龙，Tahmasebi A，等.印尼褐煤无黏结剂型煤自燃与燃烧特性的实验研究[J].煤炭转化，2012,35(2):66-70.[2] Ohki A,Xie Xiaofeng,Itahara T,et al.Change in Properties and Combustion Characteristics of an Indonesian Low-rank Coal Due to Hydrothermal Treatment[J].International Journal of Coal Preparation and Utilization,1999(21):23-34.[3] Murray J B,Evans D G.The Brown-coal/water System(Part 3):Thermal Dewatering of Brown Coal[J].Fuel,1972,51:290-296.[4] Durie R A.The Science of Victorian Brown Coal[M].Oxford:UK,1991:465-516.[5] Yurum Y,Altunyas N.Air Oxidation of Beypazari Lignite at 50 ℃,100 ℃ and 150 ℃[J].Fuel，1998(77):1809-1814.[6] Supaluknari S,Larkins F P,Redlich P,et al.An FTIR Study of Australian Coals:Characterization of Oxygen Functional Groups[J].Fuel Processing Technology,1988(19):123-140.[7] Tahmasebi A,Yu Jianlong,Bhattacharya S.Chemical Structure Changes Accompanying Fluidized-bed Drying of Victorian Brown Coal in Superheated Steam,Nitrogen and Hot Air[J].Energy andFuels,2013(27):154-166.[8] 王健，张守玉，郭熙，等.平朔煤和生物质共热解实验研究[J].燃料化学学报，2013,41(1):67-73.[9] 武宏香，李海滨，赵增立.煤与生物质热重分析及动力学研究[J].燃料化学学报，2009,37(5):538-545.[10] 张成金.褐煤干燥及干燥后再吸湿特性的实验研究[D].鞍山：辽宁科技大学，2011.[11] 陈建原，孙学信.煤的挥发分释放特性指数及燃烧特性指数的确定[J].动力工程，1987(5)：13-18.。

蒙东褐煤干燥特性实验研究

蒙东褐煤干燥特性实验研究邵徇;杨晓毓;白向飞【摘要】研究了蒙东地区两种不同煤化程度褐煤的干燥过程,并对干燥至不同程度的褐煤进行分析.在干燥过程中不同煤化程度褐煤干燥速率变化趋势较为一致,煤化程度对干燥速率有一定的影响.煤化程度较低的乌拉盖褐煤其平均干燥速率较高,达到最大干燥速率的时间点较早.干燥过程改变了褐煤的微观结构,干燥后水分较低的褐煤其比表面积与原煤相比有所增加.随着干燥后水分的不断降低,褐煤中的含氧官能团表现为先减少后增加的趋势.与宝日希勒褐煤相比,乌拉盖褐煤中含氧官能团开始增加的时间点较早,更容易被氧化.【期刊名称】《煤炭转化》【年(卷),期】2014(037)004【总页数】5页(P22-26)【关键词】干燥速率;比表面积;含氧官能团【作者】邵徇;杨晓毓;白向飞【作者单位】煤炭科学技术研究院有限公司北京煤化工研究分院,100013 北京;煤炭科学技术研究院有限公司北京煤化工研究分院,100013 北京;煤炭科学技术研究院有限公司北京煤化工研究分院,100013 北京【正文语种】中文【中图分类】TQ530;TQ028.60 引言我国内蒙东部地区褐煤资源丰富，不同矿区褐煤煤化程度存在一定的差异，褐煤全水分差异较大，从20%～40%均有分布.[1]在褐煤干燥过程中，随着干燥过程的进行，干燥速率、孔隙结构和含氧官能团等均会发生不同程度的变化.一般来说，干燥过程存在预热阶段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段.但在实际干燥过程中，不同煤化程度的褐煤，其不同干燥阶段时间的长短，最大干燥速率出现的时间点可能存在一定的差异.由于褐煤具有复杂的孔隙结构[2-3]，其不同结构与水之间结合力强弱存在一定差异[4]，干燥过程褐煤中的孔隙结构在不断发生变化[5]，当褐煤中的孔隙结构被部分破坏后，褐煤的比表面积也会发生一定变化，因此褐煤的比表面积变化可以从一定程度上反映褐煤孔隙结构的变化情况.褐煤中含氧官能团主要为羧基和酚羟基，两者和其他酸性含氧官能团总称为总酸性基团.含氧官能团的含量对褐煤利用会产生较大影响[6]，其中对褐煤润湿性能影响最大的是羧基，其次为羟基.[7]由于褐煤中含氧官能团具有较强的亲水性[8]，因此其数量越多，褐煤越容易吸附更多的水分，干燥后也更容易发生复吸.本研究通过一系列实验对比了不同煤化程度的褐煤在干燥过程中的干燥速率、孔隙结构和含氧官能团等的变化.分析了不同煤化程度褐煤在干燥过程中各种特性的变化，为褐煤干燥至合适的状态提供参考.1 实验部分1.1 装置及煤样褐煤干燥过程数据采集系统见图1.其工作流程是：将干燥箱温度设定至实验要求温度，达到设定温度半小时后，将待测试样品放入实验支架中.利用计算机每隔一段时间记录一次实验样品的质量，直至样品质量满足实验设定要求后，实验结束.实验结束后取出实验支架并置于密封容器中，待温度降至室温后对干燥后样品进行后续分析测试.图1 褐煤干燥过程数据采集系统Fig.1 Data acquisition system of lignite drying process1—Drying oven；2—Thermocouple；3—Temperature controller；4—Balance；5—Balance support；6—Test stand；7—Computer实验所用煤样为蒙东地区乌拉盖褐煤(WLG)和宝日希勒褐煤(BRXL).部分煤质数据见第23页表1.由表1可知，乌拉盖褐煤与宝日希勒褐煤相比，乌拉盖褐煤的全水分较高，灰分较低，挥发分较高，碳元素含量较低而氧元素含量较高.但两者的氧元素含量均在18%以上. 从工业分析和元素分析上来看，乌拉盖褐煤的煤化程度更轻.由于两种褐煤的煤化程度存在一定差异，因此在干燥过程中的干燥特性可能会存在差异，本研究通过设计一系列实验，对比两种褐煤在干燥过程中的差异性.表1 煤样的工业分析和元素分析(%*)Table 1 Proximate and ultimate analysis of coal samples(%*)SampleMarProximate analysisMadAdVdVdafFCdUltimateanalysis(daf)CHONStWLG38.628.049.2744.8349.4145.9072.233.8721.940.62 0.33BRXL26.78.2014.4238.1544.5847.4374.924.7718.941.050.38* Mass fraction.1.2 实验方法为考察不同煤化程度的褐煤在干燥过程中的变化，需将实验用煤干燥至不同水分后对其分别进行分析测试.选择180 ℃作为干燥温度，控温精度在2 ℃以内；实验用煤粒度为3 mm～6 mm；单次实验用煤质量约为50 g，平铺于实验支架中且煤层厚度不超过10 mm.待干燥箱温度达到180 ℃后，将待干燥煤样放入实验支架中进行干燥实验.实验中每隔1 min记录一次褐煤干燥过程中的实时质量.当实验用煤质量减少至预定值附近时，停止干燥实验.取干燥后实验样品进行比表面积、含氧官能团的测试.并利用干燥过程中实验样品的质量变化，进行干燥速率与干燥时间和干基含水率关系的分析.对实验中获得的不同干燥程度的样品进行比表面积及孔隙结构的测试，采用低温液氮吸附法进行相关测试.由于氮气为惰性气体，其作为吸附气体时在液氮低温条件下不易发生化学吸附，测试结果较为准确.根据吸附的气体量和气体分子截面积，利用BET比表面积测试法计算样品的比表面积，同时根据吸附过程曲线计算样品的孔隙结构.对实验用原煤和干燥至不同程度后的样品均进行含氧官能团的测试，采用化学法[9]对样品的总酸性基和羧基进行直接测试，而酚羟基则为总酸性基和羧基的差值.将待测样品制备为<0.2 mm的试样.测试总酸性基团时，取0.4 g待测样品于50 mL 磨口容量瓶中，加入0.05 mol/L的氢氧化钡溶液.在40 ℃水浴中震荡15 h后静置，取20 mL上层清液.加入30 mL浓度为0.1 mol/L的盐酸，加入酚酞指示剂后用0.1 mol/L的氢氧化钠标准溶液进行滴定.2 结果与讨论2.1 褐煤干燥至不同水分实验结果利用图1中的实验装置，将乌拉盖褐煤和宝日希勒褐煤分别干燥至不同的水分.乌拉盖褐煤进行了5组干燥实验，宝日希勒褐煤进行了4组干燥实验.不同组别样品的全水分见表2.表2 不同组别样品全水分(%*)Table 2 Total moisture of differentsamples(%*)SampleWLGBRXLBeforedry38.626.7131.719.9226.313.3320.611.0415.36.2513.0—* Mass fraction.实验中采用干基含水率表示干燥过程中某一时间点煤样的水分，单位为%.将不同组干燥过程中的实验数据取均值，得到煤样干燥过程中干燥速率与干基含水率关系曲线、干燥时间与干燥速率曲线.干燥速率为水分减少值占干基煤样的质量分数与水分减少所需要时间的比值，单位为水质量(g)/干基煤(g)/min(即%/min).褐煤干燥速率与干基含水率关系曲线见图2，干燥时间与干燥速率关系曲线见图3.图2 干燥速率与干基含水率关系Fig.2 Relationship between drying rate and moisture content of drying base图3 干燥时间与干燥速率关系Fig.3 Relationship between drying time and drying rate由图2可以看出，随着干基含水率的逐渐降低，乌拉盖褐煤和宝日希勒褐煤的干燥速率均呈现为先上升后下降的趋势.由于两种褐煤的全水分有所不同，乌拉盖褐煤在干基含水率45%左右时干燥速率达到最大，而宝日希勒褐煤干燥速率的最大值出现在干基含水率25%附近.在干燥过程中，随着干基含水率的降低，干燥速率表现为先快速上升，后缓慢下降的趋势，且两种褐煤的变化趋势一致.干基含水率在25%～15%之间时，两种褐煤的干燥速率变化趋势较为一致，这可能与褐煤在干燥至一定程度后，由于干燥环境提供的热量较充裕，掩盖了不同褐煤之间的差异有关，需要进一步的实验研究.由图3可以看出干燥速率随干燥时间的变化趋势，两种褐煤干燥速率曲线随时间的变化趋势较为一致，均表现为先上升，后下降，两种褐煤干燥速率最大时的干燥时间均为6 min左右.由于乌拉盖褐煤较为年轻，全水分含量较高，造成其不同时间点时的干燥速率均高于宝日希勒褐煤的干燥速率.由图2和图3可以看出，干燥速率与干基含水率、干燥时间为一一对应关系，可根据其中一个变量推测另外两个变量的值.以乌拉盖褐煤的干燥过程为例，当干燥目标为干燥后全水分降低至16%左右时，即干基含水率在20%左右时，根据图2和图3可以推断所需要的干燥时间约为17 min，干燥过程中最低干燥速率约2.0%/mim.在目标水分保持不变的情况下，为缩短干燥时间，需采取其他措施提高平均干燥速率，如提高干燥温度和增大褐煤表面换热强度等.2.2 褐煤干燥过程中比表面积变化褐煤在干燥过程中，由于受热及水分的蒸发会导致其内部孔隙发生一定的变化.褐煤比表面积的变化情况反应了褐煤中孔隙总体的变化情况，因此，可以通过分析干燥过程中褐煤比表面积的变化，对褐煤孔隙结构的变化情况进行推测.实验采用低温氮吸附法[10]测定煤样干燥前后的比表面积.为保证测试结果稳定，煤样测定之前经过在80 ℃环境下经6 h预处理.乌拉盖褐煤和宝日希勒褐煤干燥前后煤样的比表面积测试结果见表3. 由表3可以看出，随着煤样全水分逐渐降低，煤样的比表面积呈先略微降低后增加的趋势.在干燥过程的初期，较大孔隙中水分蒸发后留下的空间是造成干燥初期褐煤比表面积增大的主要原因.随着褐煤中水分的蒸发，褐煤中大孔结构会因孔道中水分释放失去填充物而发生坍塌，形成中孔或微孔，导致孔结构的收缩及相互交联[11]，同时褐煤中的胶质体结构也会受到破坏[12]，这些均导致干燥过程进行到一定阶段后，褐煤的比表面积增加.由表3可以看出，当乌拉盖褐煤和宝日希勒褐煤的全水分分别降低至20%和10%以下时，其比表面积开始逐渐增加.说明干燥至此阶段后，已经对褐煤的微观结构造成了一定影响.表3 样品的BET比表面积Table 3 BET surface area of different samplesWLGw(Mt)/%BET surface area/(m2·g-1)BRXLw(Mt)/%BET surface area/(m2·g-1)38.64.9726.74.7031.74.7319.94.4926.34.9713.34.7620.65.8211.04.2315.35. 126.25.6013.05.55——褐煤比表面积的变化反映了其孔隙结构的变化，同时可能对褐煤的复吸能力造成一定的影响.有学者在一定温度下对褐煤进行冲击挤压处理，在冲压的同时通过升温降低了褐煤的含水量.[13-14]实验结果表明，经冲压干燥后的褐煤，其比表面积有所降低，且吸附水分的能力有所下降.2.3 干燥过程中含氧官能团变化干燥过程对褐煤中的含氧官能团具有一定的影响，在一定干燥条件下，随着干燥过程的进行，褐煤中含氧官能团发生不同程度的分解.[15]有研究表明，在一定条件下，褐煤在330 ℃时已经发生了脱羧反应.[16]随着干燥过程的持续进行，褐煤将发生轻度氧化，生成可溶于碱的再生腐植酸[17]，这使得干燥至一定程度的褐煤含氧官能团数量有所上升.当干燥时褐煤酸性基团产生数量大于高温对含氧官能团破坏数量时，褐煤的总酸性基团含量表现为略有上升.当褐煤干燥至总酸性基团含量最小时，干燥过程对褐煤中含氧官能团的破坏最大.在此点附近结束干燥过程，褐煤含氧官能团含量较少，有利于降低褐煤吸收水分的能力，保持干燥后的干燥效果. 通过分别测试宝日希勒褐煤和乌拉盖褐煤干燥至不同程度样品中总酸性基团的含量，以干燥前后全水分的变化值作为横坐标，以无水无灰基总酸性基团的含量为纵坐标作图，褐煤干燥过程中总酸性基团变化曲线见第25页图4.由图4可以看出，随着干燥过程的进行，乌拉盖褐煤和宝日希勒褐煤中的总酸性基团呈现先减小后增大的趋势.当乌拉盖褐煤的全水分降低12%后，总酸性基团的含量出现最小值，随后总酸性基团呈略微上升的变化趋势.宝日希勒褐煤全水分降低了15%之后，总酸性基团的含量出现最小值，随后总酸性基团的含量开始逐渐上升.可以看出，在干燥过程的过半段，褐煤在失去水分的同时，受干燥介质中氧气的影响，出现了轻微氧化现象，褐煤中生成了少量再生腐植酸.因此所测总酸性基团含量有所上升.由于乌拉盖褐煤煤化程度降低，更容易在干燥过程中发生氧化作用，因此，其再生腐植酸出现的时间点更早.当乌拉盖褐煤总酸性基团的数值开始增加时，全水分降低值与宝日希勒褐煤相比略低.图4 干燥过程中总酸性基团变化Fig.4 Change of total acid groups in dryingprocess通过对比乌拉盖褐煤和宝日希勒褐煤干燥过程中含氧官能团的变化趋势可以看出，不同煤化程度的褐煤其含氧官能团的变化趋势与其煤化程度存在一定的关系.煤化程度较低的褐煤干燥过程中含氧官能团总量增加的时间较早.为避免干燥过程中褐煤过度氧化，降低干燥过程中褐煤再生腐植酸的产率，褐煤干燥过程结束的时间点宜在总酸性基团变化曲线的最低点附近选择.在褐煤降低至适宜水分后停止干燥过程，可避免褐煤干燥过程中被过度氧化.实验中宝日希勒褐煤全水分下降15%之后，含氧官能团产生速率较快，因此宜在此时间点附近结束干燥过程.乌拉盖褐煤干燥过程后期含氧官能团增加速率较慢，可在全水分下降15%～20%后，结束干燥过程.3 结论1) 在干燥过程中，不同煤化程度的褐煤其干燥速率均呈现为先上升后下降的趋势.煤化程度较低的褐煤在干燥过程中平均干燥速率较高，且干燥速率达到峰值所需的时间较短.2) 在干燥过程中，褐煤孔隙中水分的蒸发会导致其微观结构发生变化，引起表面积的变化.当干燥后褐煤中水分较低时，与干燥前褐煤相比其比表面积会有所增加.实验中乌拉盖褐煤的比表面积由4.97 m2/g增加至5.55 m2/g，宝日希勒褐煤的比表面积由4.70 m2/g增加至5.60 m2/g.3) 随着水分的降低，乌拉盖褐煤和宝日希勒褐煤中的含氧官能团呈现先减小后增大的趋势.在干燥过程后期，含氧官能团的含量均有所上升，且煤化程度越低的乌拉盖褐煤含氧官能团的含量增加较快.因此，宜在褐煤含氧官能团增加的初期结束干燥过程，避免过度干燥.参考文献[1] 戴和武，谢可玉.褐煤利用技术[M].北京：煤炭工业出版社，1998:44-45.[2] 赵虹，郭飞，杨建国.印尼褐煤的吸附特性及脱水研究[J].煤炭学报，2008，33(7)：799-802.[3] 王秀军，张守玉，彭定茂，等.多孔介质干燥机理在褐煤热力脱水中的应用[J].煤炭转化，2011,34(1):82-86.[4] Prat M.On the Influence of Pore Shape,Contact Angle and Film Flows on Drying of Capillary Porous Media[J].International Journal of Heat and Mass Transfer，2007，50(7-8)：1455-1468.[5] 张占存.煤的吸附特征及煤中孔隙的分布规律[J].煤矿安全,2006(9):1-3.[6] Li C Z,Sathe C,Kershaw J R,et al.Fates and Roles of Alkali and Alkaline Earth Metals During the Pyrolysis of a Victorian BrownCoal[J].Fuel,2000,79(3-4):214-221.[7] 松山逞栓.煤的润湿性研究及其应用[M].北京：煤炭工业出版社,1992:44-60.[8] Bongers G D,Jackson W R,Woskoboenko F.Pressurised Steam Drying of Australian Low-rank Coals(Part 1):Equilibrium Moisture Contents[J].Fuel Processing Technology，1998，57(1)：41-54.[9] Schafer H N S.Determination of the Total Acidity of Low-rankCoals[J].Fuel,1970,49(3):212-215.[10] 陈萍，唐修义.低温氮吸附法与煤中微孔隙特征的研究[J].煤炭学报,2001,26(5):552-556.[11] 李培，周永刚，杨建国，等.蒙东褐煤脱水改质的孔隙特征研究[J].动力工程学报,2011(3):176-180.[12] 赵虹，郭飞，杨建国.印尼褐煤的吸附特性及脱水研究[J].煤炭学报,2008,33(7):799-802.[13] Bergins C,Hulston J,Strauss K,et al.Mechanical Thermal Dewatering ofLignite(Part 3):Physical Properties and Pore Structure of MTE Product Coals[J].Fuel,2007,86:3-16.[14] 赵卫东，刘建忠，周俊虎，等.褐煤等温脱水热重分析[J].中国电机工程学报，2009,29(14):74-79.[15] Allardice D J,Evans D G.The Brown-coal/water System(Part 2):Water Sorption Isotherms on Bed-moist Yallourn BrownCoal[J].Fuel,1971,50(3):236-253.[16] 赵鹏，刘立麟，高占先，等.胜利褐煤在液化预反应中氧脱除的初步研究[J].煤炭转化,2009,32(3):44-47.[17] 钟蕴英，关梦嫔，崔开仁，等.煤化学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1988:111-112.。

干燥对褐煤爆炸危险性的实验研究

摘要为探究干燥前后褐煤的爆炸危险性，基于粉尘爆炸机理，通过粒度分析和爆炸性测定
实验，分析了干燥前后褐煤粒径分布变化、扬尘特，｝生及爆炸危险性变化．结果表明，干燥褐煤大粒径
颗粒频数减，Ｊ、，小粒径颗粒频数增加，粒径变，Ｊ、，扬尘量增加；干燥褐煤最小点燃能量、粉尘云／层最
低着火温度较干燥前褐煤都有所降低．干燥褐煤较原煤更易扬尘达到爆炸极限浓度，且更易发生着
火燃烧爆炸，干燥褐煤爆炸敏感性和危险性都增加．关键词褐煤，干燥，粉尘爆炸，爆炸危险性中图分类号ＴＱ５３１．９，ＴＱ０２８．６３
第３期
吕太等干燥对褐煤爆炸危险性的实验研究
由图３可以看出，１５Ｏ℃ 热风干燥后，粒径大于１．５ｍｍ的褐煤颗粒，即大颗粒褐煤，相对频数都普遍降低，而粒径小于１．５ｍｍ的小粒径褐煤颗粒相对频数普遍增加．能够参与煤粉爆炸快速反应的颗
对频数进行测定分析．
１．３干燥前后褐煤爆炸性参数实验
主要对粉尘爆炸特性参数中的最小点燃能量（Ｅ．ｉ）、粉尘层最低着火温度（Ｔｍ。）和粉尘云最低
着火温度（Ｔｍ）进行实验测试，以探究干燥褐煤较

21高温烟气褐煤干燥技术分析

21高温烟气褐煤干燥技术分析高温烟气褐煤干燥技术分析郝正虎1, 李向武2, 董建勋2, 吴玉新1, 王秀军3, 吕俊复1, 张守玉2(1.清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室，北京100084；2中电投蒙东能源集团公司；3上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093) 摘要：我国褐煤资源丰富和产地相对集中，但是水分含量高导致其利用率低。

文章介绍了褐煤的性质和水分对煤的热值的影响，阐述了目前国内外褐煤干燥技术，在低温烟气逆流干燥技术上，形成了高温烟气干燥技术。

并说明了高温烟气褐煤干燥技术的原理和它的技术路线。

高温褐煤干燥示范工程的运行试验结果分析了它的可行性强、安全性好和目前存在的问题。

关键词：褐煤；高温；烟气；干燥；顺流0. 引言我国褐煤资源的特点是：埋藏浅、煤层厚、储量大，相对集中的褐煤产地，但是褐煤产量不高。

2006年全国生产褐煤10511多万吨，只占全国原煤产量的4.51%[1]。

在我国已发现的煤资源中，褐煤约占总量的12.68%。

主要分布在我国的东北和西南，其中内蒙古东部地区的褐煤占全国该煤类的77.55%，占本区煤炭储量的45%，多属于老年褐煤；云南的褐煤占全国该煤类的11.88%，占本区煤炭储量的64%，多为年轻褐煤；另外，在黑龙江东部、吉林、河北、山东、广东、海南和四川等地也有少量分布，其中海南全部为褐煤，黑龙江以及广西褐煤储量分别占本区储量的34.7%和35.4%[2]。

褐煤煤化程度最低，其特点是孔隙度大、挥发分高、无黏结性[3,4]；氧含量可以达到15～30%；水分含量高，全水分一般可达20～50%；褐煤在空气中极易风化，灰软化点低；灰分一般为20～30%；褐煤属于低热值-中低热值煤，干燥基低位发热量一般为16.73～25.09MJ/kg，收到基低位发热量一般为11.71～16.73MJ/kg。

通过脱除燃料中的水分，可大大提高褐煤的燃烧效率。

澳大利亚、美国、欧洲的德国、希腊、波兰等褐煤资源丰富的国家都进行了褐煤水分干燥技术研究。

褐煤粉尘爆炸特性实验及机理研究

褐煤粉尘爆炸特性实验及机理研究随着现代工业的发展,超细粉尘得到了广泛应用,但粉尘爆炸发生的潜在危险性也相应增加。

粉尘爆炸对煤炭、粮食、化工、冶金、纺织等行业一直构成持续的威胁,日益频发的粉尘爆炸事故造成严重的人员伤亡及财产损失。

由于煤炭行业是粉尘爆炸事故的多发领域,因此,深入开展煤粉爆炸的研究,对于预防和控制此类工业灾害性事故具有重要的科研价值,对保护人们的生命和财产安全具有重要的实际意义。

本文以褐煤粉尘爆炸特性为研究主线。

首先,通过同步热分析技术对煤粉的升温燃烧过程进行分析;其次,利用粉尘层着火温度装置、粉尘云着火温度装置、哈特曼管装置以及20 L球爆炸装置探讨了煤粉爆炸特性参数,并分析了煤粉升温过程中官能团的变化规律;同时利用煤粉云火焰传播测试系统对煤粉爆炸过程中的燃烧特征进行研究,并采用FLUENT软件对煤粉燃烧过程进行三维数值模拟。

具体研究内容和结论如下:通过对煤粉升温燃烧过程中的热分析可知,煤粉的燃烧过程分为低温燃烧阶段和高温燃烧阶段,煤粉的活化能随着煤粉转化率的增加而逐渐上升;通过TG/DTG-QMS-FTIR同步热分析联用仪器对煤粉的燃烧产物进行实时连续地采集与分析,并通过气体产物的质谱-红外随温度实时变化的规律对煤粉燃烧过程进行了详细的探讨,得出了煤粉燃烧生成的主要气体产物为H2O、CO2,H2、CO和CH4,分子量较大的CxHy含量较少的结论,从机理方面对煤粉的整个燃烧过程进行了分析。

通过实验分别研究了煤粉层着火温度、煤粉云着火温度、煤粉云点火能量、煤粉云爆炸下限浓度和煤粉云爆炸氧极限浓度等煤粉爆炸敏感性参数。

从煤粉浓度、煤粉粒径等多个方面对实验结果进行了系统地分析;结合原位漫反射傅立叶变换红外光谱技术,对堆积状态下煤粉升温阶段官能团进行原位实时采集,重点讨论了对煤粉的点燃起着重要作用的官能团的变化规律,结果表明-CH3/-CH2和-OH参与了煤粉的点燃过程,是煤粉的主体含量活性官能团,对煤粉的点燃过程起着重要的作用,从机理层面分析了影响煤粉点燃的内在实质。