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煤炭地下气化煤气安全及其最大允许氧含量实验_图文

·20· ( 第 43 卷第 11 期) 试验·研究 煤炭地下气化煤气安全及其最大允许氧含量 实验研究 梁新星1 ,孙春宝1 ,梁 杰2 ,刘 力2 ( 1. 北京科技大学 土木与环境工程学院,北京 100085; 2. 中国矿业大学( 北京) 化学与环境工程学院,北京 100083) 摘 要: 煤炭地下气化作为新兴的高科技技术,其安全性也受到了越来越多的关注,其中,煤气的 爆炸就是一个重要的方面。通过大量的爆炸实验研究了煤炭地下气化煤气最大允许氧含量的影 响因素和变化规律,为煤炭地下气化的安全生产提供了重要参考。 关键词: 煤炭地下气化; 最大允许氧含量; 煤气爆炸 中图分类号: TD75 + 2. 2 文献标志码: A 文章编号: 1003 - 496X( 2012) 11 - 0020 - 03 Gas Safety and Its Maximum Allowable Oxygen Content Experiment Study of the UCG LIANG Xin - xing1 ,SUN Chun - bao1 ,LIANG Jie2 ,LIU Li2 ( 1. School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology ( Beijing) ,Beijing 100085,China; 2. School of Chemical and Environmental Engineering,China University of Mining and Technology( Beijing) ,Beijing 100083,China) Abstract: Underground Coal Gasification ( UCG) ,as newly - emerged high - technology,has attracted increasing attention for its safety issue,of which gas explosion is an overwhelming problem. This paper,by analyzing through plentiful explosion experiences what determines the maximum allowable oxygen content of the UCG gas and how it changes,offer constructive references on the UCG safety. Key words: underground coal gasification ( UCG) ; maximum allowable oxygen content; gas explosion 0引言 煤炭的地下气化是一门煤炭开采与加工融为一 体的高新技术[1],因此也存在着以下安全问题: ① 准备阶段存在的安全隐患; ②气化阶段的安全隐 患; ③气化过程中混合气体的爆炸隐患等。由于煤 炭地下气化是在一个十分严密的环境中进行的,虽 然气化过程中的爆炸会有利于煤层的破碎,但是在 出气孔的混合气体爆炸后会堵塞出气孔,从而使气 化过程难以进行。因此,研究煤炭地下气化煤气的 爆炸具有非常重大的现实意义。 通过对煤炭地下气化的实验室模型实验数据以 及工业实验数据分析,选取了不同煤种、不同工艺的 煤气组分以及不同的温度和压力参数,进行了大量 的爆炸实验,对煤炭地下气化煤气的最大允许氧含 量的影响因素和变化规律进行了深入的研究,揭示 了其内在性质,为煤炭地下气化的安全生产提供了 重要参考。 基金项 目: 国 家 高 科 技 术 研 究 发 展 计 划 ( 863 计 划 ) 资 助 项 目 ( 2011AA050106) 1 实验装置 目前,对于常温、常压下可燃气体在空气中的爆 炸极限的测试装置建立了国家标准 GB / T 12474《空 气中可燃气体爆炸极限测定方法》,但对于高温、高 压混合气体的爆炸极限的测试,还没有统一的实验 方法和装置。结合煤炭地下气化参数的采集,设计 了一套爆炸极限与最大允许氧含量的测试装置,工 艺流程如图 1。 测试装置主要由爆炸装置、配气系统、温度控制 系统及爆炸参数测试系统组成。爆炸容器设计总容 积为 300 mL,耐压 30 MPa。 2 实验原理 当混合物中可燃气体含量接近化学计算量时 ( 即理论上完全燃烧时该物质的含量) 燃烧最快或 最剧烈。若含量减少或增加,火焰蔓延速度则降低; 当浓度低于或高于某一极限值时,火焰便不再蔓延。 可燃气体与空气混合物能使火焰蔓延的最低浓度称 为该气体的爆炸下限; 同样能使火焰蔓延的最高浓 试验·研究 ( 2012 - 11) ·21· 1 - 气瓶; 2 - 配气贮罐; 3 - 爆炸极限测试容器; 4 - 加热容器; 5 - 压力显示及温控系统; 6 - 点火器; 7 - 计算机; 8 - 增压泵; 9 - 真空泵; 10 - 压力表; 11 - 真空表 图 1 爆炸极限( 最大氧含量) 实验工艺图 度称为爆炸上限。而最大允许氧含量是指当给以足 够的点燃能量能使某一浓度的可燃气体或液体蒸汽 刚好不发生燃烧爆炸的临界最高氧浓度,即为爆炸 与不爆的临界点。若氧含量高于此浓度,便会发生 燃烧或爆炸,即氧含量低于此浓度便不会发生燃烧 或爆炸[2]。 爆炸极限和最大允许氧含量的测试方法基本是 一致的。即将一定浓度的可燃气体与其他气体( 根 据浓度比等于体积比的规律) 混合。通过电极放电 点火,根据压力传感器的压力波形或爆炸筒内的火 焰,采用逐步逼近法进行爆与不爆的判定[3]。 3 实验结果 3. 1 实验参数的确定 1) 温度、压力参数的确定。地下气化煤气温度 较高,达到 1 000 ℃ 以上,但气体