煤火前沿贫氧燃烧动力学特性及焦分子结构转化机理

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1.1 煤田火灾概述

1.1.2 煤火区前沿燃烧状态分析

1.2 国内外研究现状

1.2.1 煤焦燃烧的组分及结构演变研究进展

1.2.2 煤焦燃烧的动力学反应性研究进展

1.2.3 煤焦燃烧的反应分子动力学转化机理研究进展

1.3 问题的提出

1.4 主要研究内容与技术路线

2 煤火前沿煤焦的制备及组分结构研究

2.1 引言

2.2 煤火前沿煤焦样品的制备

2.2.1 煤样的选择与制备

2.2.2 制焦条件的确定

2.2.3 制焦装置

2.3 煤火前沿煤焦工业与元素组分演变规律

2.3.1 工业分析结果演变规律

2.3.2 元素组分演变规律

2.4 煤火前沿煤焦表面基团分布演变规律

2.4.1 红外漫反射定量分析方法

2.4.2 煤焦贫氧燃烧基团演变规律及氧浓度的影响

2.5.1 X射线衍射分析方法

2.5.2 煤焦贫氧燃烧碳微晶结构演变规律及氧浓度的影响

2.6 本章小结

3 煤火前沿煤焦贫氧燃烧孔隙结构演变及其对氧气扩散机制的影响

3.1引言

3.2 煤焦表面孔隙形貌分析

3.3 煤焦燃烧孔隙结构演变机制

3.3.1 N2与CO2等温吸附实验

3.3.2 吸附-脱附等温吸附线形态分析

3.3.3 孔径分布演变规律分析

3.3.4 比表面积演变规律分析

3.4 煤焦孔隙分形特征研究

3.4.1 分形维数计算方法

3.4.2 分形维数演变规律及影响因素分析

3.5 氧化热解竞相作用下的孔隙发展机制

3.6 氧气浓度对煤焦孔隙结构演变的影响

3.7 孔隙结构演变对氧气扩散机制的影响

3.8 本章小结

4 煤火前沿煤焦贫氧燃烧焦油产物组分及产气特性研究

4.1 引言

4.2 煤火前沿焦油的制备及组分分析

4.2.1 焦油制备方法

4.2.2 焦油工业元素分析

4.2.3 焦油组分的GC-MS分析

4.2.4 氧化热解竞相机制下焦油组分演变规律

4.3 煤火前沿煤焦析出焦油的贫氧燃烧特性分析

4.3.1 焦油贫氧燃烧的阶段性特征分析

4.3.2 煤焦燃烧的氧化热解竞相机制对析出焦油燃烧特性的影响

4.3.3 氧浓度对焦油燃烧特性的影响

4.4 煤火前沿煤焦贫氧燃烧产气特性

4.4.1 实验及分析方法

4.4.2 温度尺度下煤焦贫氧燃烧气体产物组分分布

4.4.3 氧气浓度对煤焦燃烧气体产物组分分布的影响

4.5 本章小结

5 煤火前沿煤焦贫氧燃烧动力学控制模型研究

5.1 引言

5.2 温度尺度下煤焦贫氧燃烧的反应动力学控制模型演变

5.2.1 实验条件的确定

5.2.2 贫氧燃烧反应动力学控制模型选择

5.2.3 温度尺度下煤焦贫氧燃烧的反应控制模型演变

5.3 煤焦尺寸对内扩散动力学机制的影响

5.3.1 煤焦尺寸的粒径表征

5.3.2 煤焦尺寸对燃烧内扩散动力学机制的影响

5.3.3 煤焦贫氧燃烧过程中的灰层演化规律

5.4 煤焦尺寸对燃烧速率的影响

5.5 本章小结

6 煤火前沿煤焦贫氧燃烧的氧化-热解动力学竞相机制研究

6.1 引言

6.2 煤焦贫氧燃烧的阶段性特征演变

6.2.1 氧气浓度的影响

6.2.2 煤焦尺寸的影响

6.3 煤焦贫氧燃烧的四步集总反应模型

6.3.1 煤焦贫氧燃烧的化学模型

6.3.2 动力学解析方程

6.3.3 初始值的确定

6.3.4 结果及可靠性论证

6.4 氧气浓度对氧化-热解竞相机制的影响

6.5 煤焦尺寸对氧化-热解竞相机制的影响

6.6 本章小结

7 煤火前沿煤焦贫氧燃烧的反应分子动力学转化机理

7.1 引言

7.2 TLG400 长焰煤焦分子结构模型的构建

7.3 计算方法

7.3.1 前处理

7.3.2 ReaxFF MD计算及后处理

7.4 氧化热解竞相机制下煤焦燃烧结构转化机理

7.4.1 煤焦结构及产物演化规律

7.4.2 燃烧表观活化能计算

7.4.3 煤焦氧化反应的成断键分析及结构转化机理

7.5 供氧条件对煤焦燃烧特性影响

7.6本章小结

8 全文总结

8.1 主要结论

8.2 主要创新点

8.3 研究工作展望

参考文献

作者简历

学位论文原创性声明

学位论文数据集