煤炭自然发火产生明火燃烧的分岔分析.pdf

中国工程热物理学会 燃烧学 学术会议论文 编号：084062 煤炭自然发火产生明火燃烧的分岔分析* 1,2 3 3 4 梁运涛 ,贾宝山 ，陈静 ，解茂昭 （1.浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室，杭州 310027；2.煤炭科学研究总院抚顺分院，煤矿安 全技术国家重点实验室,抚顺 113122; 3.辽宁工程技术大学 安全科学与工程学院，阜新 123000; 4.大连理工大学 能源与动力学院, 大连 116024） (Tel Email:liangyuntao@) 摘 要：煤自燃火灾已对煤矿安全生产和储运过程形成了极大的威胁。本文基于煤氧复合作用学说， 通过理论分析建立了炭粒填充床燃烧的数学模型，研究了炭粒自然发火发生明火燃烧的分岔特性。对 于炭粒自燃发生明火燃烧，本质上是气相反应。在气相反应区，忽略多相反应区的影响，应用数值分 岔理论，以β 系数（即 Frank-Kamenetskii 参数）为分岔参数对气相着火-熄火的发生进行了分岔分析， 并计算出发生气相反应的条件是：β βup 。同时，也讨论了方程中的其他控制参数（Pe 、α 、ε 、 Le 等）对炭粒发生明火燃烧过程中着火-熄火分岔特性的影响。 关键词 自然发火；明火燃烧；分岔理论；着火-熄火；渐进方法 0 引 言 我国煤层自然发火情况非常严重，不仅浪费资源，而且严重影响井下采掘面的安全 生产，威胁到矿工们的生命安全[1] 。煤炭自燃火灾不仅导致大量的煤炭资源浪费，而且 [2] 会产生大量有毒有害气体，并可能进一步诱发瓦斯、煤尘爆炸等恶性事故 。 煤自然发火的发生和发展是一个极其复杂的动态演变过程，该过程与一般的热点火 不同，主要是由于发生燃烧前的状态和边界条件并非是已知或人为给定的，而且是否发 [3,4] 生燃烧要决定于燃料特性、供氧条件、蓄热环境、及持续时间的长短等因素 。 本文炭粒填充床自然发火过程为例，应用数值分岔的理论对炭粒自然发火中发生明 火燃烧的现象进行了研究，描述了其转捩的特性及其影响因素。 1 动力学模型与控制方程 图1给出了炭粒填充床自然发 Y 火燃烧传播的结构示意图。风流从 灰分 燃烧锋面 燃烧方向 未燃炭粒 填充床的左边界受迫进入，产生的 流 物 气体及热风流从右边界流出，燃烧 风 产 鲜 体 新 气 波的传播方向是自左向右，与来流 方向相同。 x=X(t) L X 图 1 炭粒填充床自然发火示意图 基于煤氧复合作用学说，煤炭 的自然发火包括两个反应，即： 资助项目：国家自然科学基金资助项目（No. 50476073