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《东南大学》 2004年
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抑制煤堆自燃的新方法的理论与实验研究

丁红玉  
【摘要】:依据关于煤自燃的煤-氧复合理论,提出了抑制煤堆自燃的一种新方法。该方法通过在煤堆表面覆盖可燃的煤基覆盖层,控制空气扩散进入煤堆内部,使煤堆中的低温氧化反应不能持续进行,从而达到抑制煤堆自燃的目的。对覆盖煤堆和非覆盖煤堆自燃进程中温升速率的对比研究结果表明,这种可燃的煤基覆盖层能够有效地抑制煤堆的自燃。 由于煤堆自燃进程很慢,在全尺寸煤堆上进行自燃过程的实验研究需要较长的时间,而且实验条件难以控制。在本项研究中,建立了一个小型的实验装置并采用外部加热法来加速试样的反应速度,减小了实验规模,缩短了实验周期。用计算机控制实验过程并进行数据采集,将实验数据记录在数据库中。在实验过程中观测到,在相同加热边界条件下,覆盖煤堆的温升速率明显低于非覆盖煤堆对应点上的温升速率,这从一个方面表明了覆盖层对煤自燃的抑制作用。 为了预报煤堆的自燃进程,模拟覆盖层对于煤堆自燃过程的影响,建立了基于传热、传质及燃烧理论的煤堆自燃过程的数学模型。煤堆的温度场变化用有内热源项的非稳态热传导方程来描述,煤堆孔隙中的氧气浓度场采用有质量源项的扩散方程来模拟,两者构成了一个相互耦合的非线性偏微分方程组。氧气消耗速率常数采用表观的Arrehnius公式来描述,其中的表观反应活化能和频率因子通过热重分析得到。用氧气扩散方程的边界条件来区别覆盖煤堆和非覆盖煤堆,对覆盖煤堆的边界可以采用非渗透边界条件,而非覆盖煤堆可视具体情况采用第一类或第三类边界条件。采用控制容积有限差分法对方程组进行求解,关于温度场的计算结果与实验结果具有相同的趋势,即覆盖煤堆的温升速率明显低于非覆盖煤堆对应点上的温升速率;而对于浓度场的计算表明,在覆盖煤堆表面的情况下,由于边界上没有氧气补充,孔隙中的氧气在加热过程中消耗很快。氧气浓度的降低使煤堆中的氧化反应速率迅速降低,自身产生的热量越来越少,这是煤堆自燃得以抑制的主要原因。 计算结果显示,煤堆氧化反应的动力学参数对煤堆的自燃进程的影响很大。在采用热重法进行测量时,传统的数据处理方法获得的计算结果对于数据的截取有较大的依赖性。本项研究中提出了一个基于非线性最小二乘新算法,采用全程样品重量变化数据进行计算,获得了稳定的结果。 此外,本项研究中还对覆盖层本身的物性参数进行了测量,结果表明所采用的煤基覆盖材料具有很低的渗透率,能够达到隔离空气的目的,而其热导率与自然堆积煤的表观热导率相当,不会妨碍煤堆的散热。
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TQ534

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 梁森森;可燃性多孔介质热量迁移研究[D];东南大学;2006年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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7 栾卫涛;李永安;;空气-空气能量回收装置阻力性能的数值模拟研究[A];2011年全国冷冻冷藏行业与山东制冷空调行业年会暨绿色低碳新技术研讨会论文集[C];2011年
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10 陈爱强;杨昭;尹海蛟;张娜;;长圆柱形果蔬冷激处理过程传热特性分析[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
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2 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王革;有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 王忠义;船用燃气轮机排气引射装置性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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6 付文俊;矿井封闭火区救灾辅助决策系统研发[D];辽宁工程技术大学;2010年
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10 梁钦锋;扩散火焰形态及气化炉内熔渣沉积与传热规律研究[D];华东理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 林立峰;采空区遗煤氧化自燃规律的模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
2 迟子豪;矿井尺度下煤矿床温度场分布规律研究[D];大连理工大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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1 Koninkijke ,何建国;煤堆周围的粉尘浓度[J];交通环保;1988年S1期
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10 李昕哲;防大型煤堆自燃[J];安全;2003年03期
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2 孙发铎;;贯通性胸部损伤致死1例[A];中国法医学会全国第十次法医临床学学术研讨会论文集[C];2007年
3 于涛;杨莹;刘光;;火电厂电煤堆煤场防止煤自燃的措施[A];河南省土木建筑学会2009年学术大会论文集[C];2009年
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9 任艳;;谈HD型全自动显微光度计在配煤工艺中的应用[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集(下)[C];2009年
10 张智刚;张艳玲;;发生炉煤气站消防系统设计探讨[A];土木建筑学术文库(第8卷)[C];2007年
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1 记者邱爽;市创建指挥部环境保护组回访发现:北环路刘沟东桥附近煤堆“坚如磐石”[N];平顶山日报;2010年
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3 梁新民 李静;紧急行动起来 清理非法煤堆[N];太原日报;2006年
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5 记者 晋立红 通讯员 何保国;富源县一煤场发生煤堆滑落事故[N];云南日报;2009年
6 程颖;建立和保持好长效管理机制[N];平顶山日报;2007年
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10 任晓明;省城引深煤堆污染治理[N];太原日报;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 丁红玉;抑制煤堆自燃的新方法的理论与实验研究[D];东南大学;2004年
2 刘昊;煤场堆煤体积自动计量测绘系统[D];南京理工大学;2002年
3 熊文涛;煤场煤堆体积自动计量系统[D];南京理工大学;2003年
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5 杨丹;露天堆煤场粉尘起尘及运移扩散规律研究[D];辽宁工程技术大学;2007年
6 韦山;便携式计算机的车载激光扫描盘煤系统研究[D];安徽农业大学;2004年
7 李宏剑;挡风墙挡风抑尘效果数值模拟研究[D];浙江大学;2007年
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9 陈爱英;防风网的数值模拟[D];同济大学;2007年
10 卢海霞;基于Java3D技术的科学计算可视化研究[D];华北电力大学(河北);2006年
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