论文中文题名: | 高温环境中煤粉自燃爆炸临界参数研究 |
姓名: | |
学号: | 21220226140 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085700 |
学科名称: | 工学 - 资源与环境 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2024 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 煤火灾害防控 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2024-06-19 |
论文答辩日期: | 2024-06-02 |
论文外文题名: | Study on the critical parameters of spontaneous combustion explosion of pulverized coal in high temperature environment |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | High temperature environment ; rate of warming ; oxygen concentration ; minimum ignition temperature ; critical pulverized coal cloud concentration |
论文中文摘要: |
火电厂及煤化工行业的制粉系统经常出现煤粉燃烧燃爆事故,严重影响了安全生产,掌握制粉系统内煤粉燃爆的临界参数对于预防煤粉爆炸尤为重要。本文采用理论分析、实验测试和数值模拟结合的方式研究高温环境中煤粉自燃与燃爆临界参数,实验研究不同环境温度条件下煤粉的放热特性、质量损失及燃烧特性,设计高温环境下煤粉不同状态自燃和燃爆的实验系统,研究高温环境中堆积煤粉自燃和高温煤粉颗粒卷扬发生燃爆的临界参数。研究结果为减少制粉系统的燃爆事故提供理论基础。 采用 STA449F3 同步热分析仪测试了不同升温速率和氧浓度下煤粉的放热特性。煤粉氧化燃烧过程中放热量随升温速率和氧浓度的增加不断增加,当氧浓度为 9%、升温速率为 40 ℃/min 时达到最大值。根据 TG 和 DTG 曲线将煤粉氧化燃烧过程划分为五个阶段,并确定特征温度点;随着升温速率和氧浓度的增加,可燃性指数和综合燃烧特性指数增大,煤粉的燃烧性能增强;煤粉的表观活化能范围为 107.3~148.4 kJ/mol。 搭建高温环境煤粉层自燃特征参数测试系统,实验研究不同环境温度和堆积厚度下煤粉层内部的温度变化、最低着火温度(MIT)和着火延迟时间(Ti)。随着环境温度的升高,堆积煤粉的最低着火温度和着火延迟时间逐渐降低,最低着火温度最大值为 215 ℃,着火延迟时间最长为 39.8 min;随着堆积厚度的增加,最低着火温度逐渐降低,着火延迟时间逐渐增加。煤粉在高温环境中发生自燃的风险会随着环境温度和堆积厚度的升高而增加。 利用煤粉自燃粉尘孕爆环境参数和燃爆特性测定装置,测试不同环境温度和煤粉云浓度下高温煤粉颗粒卷扬发生的燃爆过程、火焰传播特性。煤粉卷扬后发生燃爆现象的剧烈程度随环境温度的升高和煤粉云浓度的增加而增强;煤粉云浓度在 140 ~380g/m³内,燃爆临界上限环境温度为 200 ℃,下限环境温度为 120 ℃,在环境温度处于100~200 ℃范围内,临界煤粉云浓度上限为 430 g/m³,下限为 95 g/m³;随着环境温度的升高,火焰温度达到峰值的时间缩短,且温度峰值增加,传播速度峰值也随之增加。 通过 Fluent 建立煤粉燃爆的数学模型,研究煤粉云燃爆过程中颗粒的分布,探究不同氧气浓度下煤粉云燃爆的温度和速度变化规律。实验结果与模拟结果的相对误差小于 10%,验证了模型的可靠性;高温煤粉颗粒在气流卷携下进入燃烧室后会经历三个阶段,快速喷射阶段、减速扩散阶段及自由扩散阶段;随着氧气浓度的降低,煤粉云燃爆的火焰温度和火焰传播速度减小。 |
论文外文摘要: |
Pulverized coal combustion and explosion accidents often occur in the pulverizing system of thermal power plants and coal chemical industry, which seriously affects the safety of production, and it is particularly important to grasp the critical parameters of pulverized coal explosion in the pulverizing system to prevent pulverized coal explosion. In this paper, the critical parameters of spontaneous combustion and explosion of pulverized coal in high temperature environment are studied by combining theoretical analysis, experimental test and numerical simulation, the exothermic characteristics, mass loss and combustion characteristics of pulverized coal under different ambient temperature conditions are experimentally studied, the experimental system of spontaneous combustion and explosion of pulverized coal indifferent states of high temperature environment is designed, and the critical parameters of spontaneous combustion of pulverized coal accumulation and ignition and explosion of pulverized coal particles in high temperature environment are studied. The results of this study provide a theoretical basis for reducing the explosion accidents of the milling system. The exothermic characteristics of pulverized coal under different heating rates and oxygen concentrations were tested by STA449F3 synchronous thermal analyzer. The heat release increases with the increase of heating rate and oxygen concentration during the oxidation combustion of pulverized coal, and reaches the maximum value when the oxygen concentration is 9% and the heating rate is 40 °C/min. According to the TG and DTG curves, the oxidative combustion process of pulverized coal was divided into five stages, and the characteristic temperature points were determined, and with the increase of heating rate and oxygen concentration, the flammability index and comprehensive combustion characteristic index increased, and the combustion performance of pulverized coal was enhanced, and the apparent activation energy range of pulverized coal was 107.3~148.4 kJ/mol. A test system for spontaneous combustion characteristic parameters of pulverized coal seam in high-temperature environment was built to study the temperature change, minimum ignition temperature (MIT) and ignition delay time (Ti) of pulverized coal seam under different ambient temperatures and accumulation thicknesses. With the increase of ambient temperature, the minimum ignition temperature and ignition delay time of the stacked pulverized coal gradually decreased, the maximum minimum ignition temperature was 215 °C, and the maximum ignition delay time was 39.8 min. The risk of spontaneous combustion of pulverized coal in a high-temperature environment increases with the ambient temperature and thickness of the accumulation. The explosion process and flame propagation characteristics of high-temperature pulverized coal particle winch under different ambient temperatures and pulverized coal cloud concentrations were tested by using the environmental parameters and explosion characteristics measurement device of pulverized coal spontaneous combustion dust precipitation. The intensity of the explosion phenomenon after the hoisting increases with the increase of ambient temperature and the concentration of pulverized coal clouds, the concentration of pulverized coal clouds is within 140 ~380 g/m³, the critical upper limit of ambient temperature is 200 °C, the lower limit of ambient temperature is 120 °C, and the upper limit of critical pulverized coal cloud concentration is 430 g/m³ and the lower limit is 95 g/ m³; As the ambient temperature increases, the time for the flame temperature to reach its peak decreases, and as the temperature peak increases, so does the peak propagation velocity. Through Fluent, a mathematical model of pulverized coal explosion was established to study the distribution of particles during the explosion of pulverized coal clouds, and the temperature and velocity changes of pulverized coal cloud explosions under different oxygen concentrations were explored. The relative error between the experimental results and the simulation results is less than 10%, which verifies the reliability of the model, and the flame temperature and flame propagation velocity of the pulverized coal cloud explosion decrease with the decrease of oxygen concentration |
参考文献: |
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中图分类号: | TD714.5 |
开放日期: | 2024-06-19 |