【摘 要】
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燃煤电厂是CO2的集中排放源,减少CO2的排放是电厂绿色发展的重要一环。电厂烟气中惰性气体含量在80%以上,将电厂烟气注入井下采空区既能封存CO2等气体,又能防治采空区遗煤自燃。为了探究电厂烟气条件下煤的自燃特性,选用变质程度较低的四种煤,对比分析不同煤样在空气及CO2浓度分别为4%、8%、12%、16%模拟烟气条件下煤氧化升温过程的TG-DTG曲线特征温度点变化及活化能变化、气体产物与浓度变化、
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燃煤电厂是CO2的集中排放源,减少CO2的排放是电厂绿色发展的重要一环。电厂烟气中惰性气体含量在80%以上,将电厂烟气注入井下采空区既能封存CO2等气体,又能防治采空区遗煤自燃。为了探究电厂烟气条件下煤的自燃特性,选用变质程度较低的四种煤,对比分析不同煤样在空气及CO2浓度分别为4%、8%、12%、16%模拟烟气条件下煤氧化升温过程的TG-DTG曲线特征温度点变化及活化能变化、气体产物与浓度变化、煤中特征官能团变化等,为电厂烟气注入采空区抑制煤自燃技术提供理论参考。通过热重实验探究了电厂烟气条件下煤自燃过程失重特性。结果表明:电厂烟气推迟了煤氧反应时间,φ(CO2)≥12%时电厂烟气起到了明显抑制煤自燃的效果。随着烟气中CO2浓度的增大,煤自燃特征温度点均升高,且CO2浓度越高,对应温度提高幅度越大。电厂烟气对五个特征温度点的影响由大到小排序为T1>T3>Twmax>T2>Ti。运用Coats-Redfern方法进行了煤自燃反应动力学研究,结果表明电厂烟气明显提高了煤的着火活化能,阻碍了煤的自燃进程,且电厂烟气条件下煤样的着火活化能随烟气中CO2浓度的升高而升高。16%CO2浓度烟气条件下煤样的着火活化能提高了 20%~43%。通过绝热升温与气相色谱联用实验研究了电厂烟气条件下煤自燃生成指标气体的浓度变化。结果表明:随着烟气中CO2浓度的升高,煤自燃生成CO、CH4、C2H4、C2H6的最大浓度值均不断降低,降低幅度分别为31%~94%、2%~83%、13%~96%、16%~91%。电厂烟气明显抑制了煤自燃过程气体产物的生成且对DNH和XDT生成气体的抑制效果最好。通过对煤自燃过程复合气体指标的分析得出温度高于210℃时,电厂烟气对XLGL、XDT生成C2H4、C2H6、CH4的抑制作用由强到弱排序为CH4>C2H6>C2H4。通过原位漫反射红外光谱实验研究了电厂烟气条件下煤低温氧化过程特征官能团的变化。结果表明:随着烟气中CO2浓度的升高,室温下褐煤的羟基吸收峰峰值呈现出先升高后降低的趋势,烟气中CO2浓度为8%时羟基吸收峰峰值最高。温度≤155℃时,烟煤中羟基的平均消耗速率随烟气中CO2浓度的升高而减小。电厂烟气抑制了煤中脂肪烃、含氧官能团及取代苯的消耗。随着烟气中CO2浓度的升高,褐煤脂肪烃的消耗速率不断降低,烟煤脂肪烃含量拐点温度不断升高。随着烟气中CO2浓度的升高,煤中羧基、羰基、取代苯吸收峰峰值拐点温度均不断升高,16%CO2浓度烟气条件下煤中对应官能团吸收峰峰值拐点温度分别提高了 10℃~30℃、30℃~50℃、20℃~60℃。
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