褐煤粉塵爆炸特性實驗及機理研究
本文關(guān)鍵詞：褐煤粉塵爆炸特性實驗及機理研究
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【摘要】：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,超細(xì)粉塵得到了廣泛應(yīng)用,但粉塵爆炸發(fā)生的潛在危險性也相應(yīng)增加。粉塵爆炸對煤炭、糧食、化工、冶金、紡織等行業(yè)一直構(gòu)成持續(xù)的威脅,日益頻發(fā)的粉塵爆炸事故造成嚴(yán)重的人員傷亡及財產(chǎn)損失。由于煤炭行業(yè)是粉塵爆炸事故的多發(fā)領(lǐng)域,因此,深入開展煤粉爆炸的研究,對于預(yù)防和控制此類工業(yè)災(zāi)害性事故具有重要的科研價值,對保護人們的生命和財產(chǎn)安全具有重要的實際意義。本文以褐煤粉塵爆炸特性為研究主線。首先,通過同步熱分析技術(shù)對煤粉的升溫燃燒過程進(jìn)行分析;其次,利用粉塵層著火溫度裝置、粉塵云著火溫度裝置、哈特曼管裝置以及20 L球爆炸裝置探討了煤粉爆炸特性參數(shù),并分析了煤粉升溫過程中官能團的變化規(guī)律;同時利用煤粉云火焰?zhèn)鞑y試系統(tǒng)對煤粉爆炸過程中的燃燒特征進(jìn)行研究,并采用FLUENT軟件對煤粉燃燒過程進(jìn)行三維數(shù)值模擬。具體研究內(nèi)容和結(jié)論如下:通過對煤粉升溫燃燒過程中的熱分析可知,煤粉的燃燒過程分為低溫燃燒階段和高溫燃燒階段,煤粉的活化能隨著煤粉轉(zhuǎn)化率的增加而逐漸上升;通過TG/DTG-QMS-FTIR同步熱分析聯(lián)用儀器對煤粉的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行實時連續(xù)地采集與分析,并通過氣體產(chǎn)物的質(zhì)譜-紅外隨溫度實時變化的規(guī)律對煤粉燃燒過程進(jìn)行了詳細(xì)的探討,得出了煤粉燃燒生成的主要氣體產(chǎn)物為H2O、CO2,H2、CO和CH4,分子量較大的CxHy含量較少的結(jié)論,從機理方面對煤粉的整個燃燒過程進(jìn)行了分析。通過實驗分別研究了煤粉層著火溫度、煤粉云著火溫度、煤粉云點火能量、煤粉云爆炸下限濃度和煤粉云爆炸氧極限濃度等煤粉爆炸敏感性參數(shù)。從煤粉濃度、煤粉粒徑等多個方面對實驗結(jié)果進(jìn)行了系統(tǒng)地分析;結(jié)合原位漫反射傅立葉變換紅外光譜技術(shù),對堆積狀態(tài)下煤粉升溫階段官能團進(jìn)行原位實時采集,重點討論了對煤粉的點燃起著重要作用的官能團的變化規(guī)律,結(jié)果表明-CH3/-CH2和-OH參與了煤粉的點燃過程,是煤粉的主體含量活性官能團,對煤粉的點燃過程起著重要的作用,從機理層面分析了影響煤粉點燃的內(nèi)在實質(zhì)。通過實驗分別研究了煤粉-空氣混合物和煤粉-甲烷-空氣混合物在密閉空間內(nèi)煤粉爆炸壓力和爆炸指數(shù)等煤粉爆炸強度參數(shù)。實驗結(jié)果表明:在相同的實驗條件下,煤粉-甲烷-空氣混合物的爆炸強度均高于煤粉-空氣混合物的爆炸強度,當(dāng)化學(xué)點火具質(zhì)量為2.40g時,爆炸壓力和爆炸指數(shù)分別上升了 10%和30%;同時研究了摻雜不同種類的抑爆劑對煤粉-甲烷-空氣混合物的抑爆效果,與Si02的物理抑爆相比,NH4H2P04的物理-化學(xué)混合抑爆效果更好。在原有的哈特曼管裝置的基礎(chǔ)上建立了煤粉云火焰?zhèn)鞑y試系統(tǒng),并利用該系統(tǒng)從煤粉濃度、點火能量以及燃燒管長度等方面對煤粉燃燒過程進(jìn)行了實驗研究;同時利用FLUENT軟件對煤粉燃燒過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究了煤粉火焰?zhèn)鞑サ幕疽?guī)律和影響因素,探討了煤粉燃燒過程中燃燒區(qū)域氣體流場對煤粉燃燒的影響,結(jié)果揭示了在同一時刻,煤粉燃燒過程中氣流的流動速度明顯高于火焰?zhèn)鞑ニ俣?說明氣體流動是造成粉塵層揚塵,進(jìn)而使粉塵產(chǎn)生連鎖爆炸的一個重要原因。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD714.5
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，本文編號：1245918
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