粒度对褐煤堆积体氧化自燃影响的实验及模拟研究

摘要

煤炭资源在我国能源领域的地位举足轻重，但是煤炭生产、储运过程的事故却屡见不鲜。其中，煤炭自燃问题就是一个严重的事故源头，尤其是以褐煤为代表的低品质煤炭。褐煤在我国煤炭资源储量占比较高，具有燃点低、自燃倾向性高、开发利用难度较大的特点，由此研究褐煤自燃问题具有十分重要的意义。
　　本文以F-K自燃模型为理论基础，借鉴“篮子法”交叉温度实验原理，进行了多次煤炭自燃特性实验测定。实验煤样选用内蒙古白音华矿区的锡盟褐煤，根据实验需求将原煤制备为6种不同粒径。实验观测了不同粒径的煤样，在不同堆积状态下的氧化自燃情况，并应用有限体积分析法对煤堆的温度场、风流场和气体浓度场，进行了计算机数值模拟辅助分析。使用自主研发的数据处理软件生成相关图形，分析煤堆氧化自燃过程的内在特征因素与时间、粒径的关系。
　　煤炭自燃特性测定过程是以3个不同尺寸的正方体网篮，对不同粒径的煤样进行反复实验，观察其在不同堆积状态下的内部升温过程。结果得出煤堆内部升温过程总是呈四个阶段：初始升温阶段、缓慢过渡阶段、温度回升阶段、温度突变（急剧升温自燃或温度逐渐回落）阶段，并且升温过程的阶段性变化与煤样粒径无关。探讨了粒径对临界着火点温度、交叉点升温速率、表观活化能的影响。对实验系统进行了升级改造，实现了开放式常态恒温实验的气体成分测定。通过分析CO、CO2、CO/CO2指标气体随煤堆升温过程的变化，更加明确了不同阶段下煤的氧化反应程度。
　　根据实验测定结论结合数值模拟辅助分析，拓展研究了煤堆自燃过程中各内在特征因素在时空上的耦合关系，可以为工程实际提供有效的理论参考。

目录

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致谢

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和技术路线

2 煤炭自燃过程及其数学模型

2.1 煤炭自燃过程特性研究简述

2.2 煤炭自燃低温氧化过程研究

2.3 煤炭自燃数学模型

2.4 本章小结

3 煤炭自燃特性测定系统及相关软件开发

3.1 实验系统设计

3.2 数据分析软件开发

3.2.3 功能介绍

3.3 煤样基础指标测定

3.4 本章小结

4 煤炭自燃特性测定实验

4.1 基于时间序列的煤堆温度分析

4.2 基于煤样粒径的自燃倾向性分析

4.3 煤炭自燃过程气体成分测定分析

4.4 本章小结

5 基于数值模拟的煤自燃特性分析

5.1 SIMPLE算法简述

5.2 数学模型及参数设定

5.3 煤自燃实验过程数值模拟

5.4 本章小结

结论

参考文献

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