变质程度和预处理对煤自燃倾向性影响的研究

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煤的自燃是一个缓慢的涉及一系列物理化学反应的复杂过程,受诸多因素影响。煤氧化自燃的本质是煤中活性基团与氧发生反应释放热量,脂肪烃侧链和含氧官能团是主要参与者,孔结构对氧的内扩散有直接影响。本文采用篮热法测定不同煤样的临界自燃温度,并结合氧化自燃过程中CO2释放量与特征温度研究了不同变质程度煤与预处理胜利褐煤的自燃特性。选取变质程度不同的昭通褐煤、胜利褐煤、麻黄梁煤与马兰煤,考察变质程度对煤自燃倾向性的影响。以胜利褐煤为研究对象,探讨了预处理手段对褐煤自燃倾向的影响。选取活性基团数量差别较大的四种不同变质程度的煤种与孔结构差别较大的水热提质褐煤,考察了物化结构与自燃倾向性之间的相关性,经过分析得出以下结论:(1)临界自燃温度、表观活化能、CO2释放量以及CO2由缓慢释放过渡到快速增加的特征温度,可以作为评价煤炭的自燃倾向性指标。临界自燃温度与表观活化能越低小,CO2释放量越大,特征温度越小,自燃倾向性越低。(2)煤的自燃氧化是一个复杂的升温过程。未经脱水预处理的褐煤与脱水预处理的褐煤相比,在氧化升温过程初期经历水分吸热与蒸发阶段。在煤体升温初期,煤体中水分吸收热量,使得煤堆温度快速增加。随着温度升高,煤体升温速率大幅度降低,这是由于外界提供的能量和煤自身氧化放出的热量多用于水分蒸发。(3)随着煤化程度的加深,孔隙结构与活性基团均呈现减少的变化趋势。对于中低变质程度的煤,亚甲基、含氧官能团与孔隙结构是影响其自燃倾向性的主导因素。而低变质程度煤,其自燃倾向性由脂肪烃尤其亚甲基性数量与孔隙结构共同控制,含氧官能团数量次之。(4)水热提质褐煤的自燃倾向性与脂肪烃及含氧官能团含量之间存在明显的分段相关性。水热提质温度230 oC为分界点,低温提质(<230 oC)的煤样,其比表面积是主导其自燃倾向性的影响因素。高温提质(>230 oC)所得煤样,活性基团与比表面积共同影响其自燃倾向性。(5)在氮气气氛下,利用固定床与微波干燥技术,中低强度的干燥温度或功率可增加提质褐煤的自燃倾向性;在相同提质温度或功率下,与氮气气氛相比,在空气气氛下预处理得到的提质褐煤自燃临界温度较高。在不发生自燃的情况下,可选择固定床装置,在160 oC下对褐煤进行预处理;若同时考虑提质能耗问题,可利用微波干燥技术,在700 W提质功率下可得到自燃倾向性降低的提质褐煤。
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