2016年我国能源消费总量高达43.6亿吨标准煤,其中煤炭为62.0%,占据绝对主体地位。在煤炭分级利用系统中煤粉输送和储存过程中极易发生自燃事故,不仅会造成经济损失、环境污染,还会引发人员伤亡。由于煤的物理化学结构十分复杂,自燃过程涉及到多种物理化学变化,至今煤炭的自燃特性还没有统一的结论。因此,煤粉自燃问题的研究具有相当重要的意义和紧迫性。为了研究煤炭分级利用系统中安全性机理,利用热重分析方式模拟输送管道和气化裂解炉煤粉仓中煤粉自燃发生的整个过程得到煤氧化自燃过程的TG-DTG曲线。研究了煤粉氧化自燃过程,并应用Malek方法分析了煤氧化自燃过程中失水失重阶段的反应机理。研究结果表明:煤炭氧化自燃过程大致可分为四个阶段,失水失重阶段、氧化增重阶段、受热热解阶段和着火燃烧阶段。利用Malek法得到了失水失重阶段的最概然机理函数,并用作图法验证了所求最概然机理函数的正确性。利用平行竞争反应理论研究煤氧化自燃的反应过程反应机理,使用高斯多峰拟合对得到TG-DTG曲线进行拟合,并用峰值分析法确定了各个平行反应动力学参数。结果表明:高斯拟合的方法是可以将自燃过程分解为3个拟合峰,分别对应氧化增重反应,受热裂解反应和快速燃烧反应,拟合的效果非常好;峰值分析法确定各个平行竞争反应的活化能和反应级数。活化能随着各个平行反应的温度的增加而升高,3个平行竞争反应的反应级数都小于1。为了研究煤炭分级利用系统中煤种、粒径对系统安全的影响,利用热重实验模拟输送管道和气化裂解炉煤粉仓中煤粉氧化自燃过程,研究煤种和粒径对煤炭氧化自燃特征温度的影响。结果表明:发现随煤种变质程度加深,煤自燃过程的特征温度是升高的,即变质程度深难以自燃;随粒径变小,煤粉自燃的TG曲线向低温区移动,但煤粉粒径小于一个临界值时,TG曲线出现重合;煤粉粒径越小,煤粉自燃过程特征温度随之降低,但当粒径小于一定数值时,粒径对特征温度影响变小。利用热重实验模拟煤炭分级利用系统中气化裂解炉煤粉仓中升温速率对自燃特性的影响,结果表明:煤炭自燃过程的特征温度随升温速率升高而相应升高;不同升温速率下煤粉自燃活化能符合指数关系,随升温速率升高而快速减小。用扫描电子显微镜观察煤样表面的形貌,发现变质程度低煤表面结构较疏松多空隙;利用管式炉不同温度下氧化煤粉,得到反应后的煤粉样品,利用红外光谱仪对煤样进行测试得到红外光谱图。结果发现:随煤阶升高,芳香烃数量增加,含氧官能团和脂肪烃数量减少;随氧化温度升高,脂肪烃数量减少,含氧官能团数量增加,芳香烃增加。