空氣濕度對煤自燃影響的實(shí)驗(yàn)分析范文

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《江西電力》2017年第6期

摘要：為測定空氣濕度對煤自燃的影響，應(yīng)用煤自燃程序升溫實(shí)驗(yàn)，測定溫度相同的煤在不同濕度空氣下發(fā)生氧化反應(yīng)的各種氣體參數(shù)，從而研究不同濕度的空氣對煤自燃的影響。結(jié)果表明，在煤自燃的初期，空氣濕度對煤自燃影響不大，但會(huì)促進(jìn)CO2的生成；從整體上來說水蒸氣對煤的自燃有一定的抑制作用，但從CO濃度相對比率和兩組煤樣的溫差上來看，水蒸氣對煤自燃的影響呈現(xiàn)為從促進(jìn)到抑制的趨勢。

關(guān)鍵詞：空氣濕度；煤自燃；水蒸氣

1引言

煤的自燃影響因素有很多，水分是煤的低溫氧化進(jìn)程中的重要影響因素。目前針對水分對煤自燃影響的研究有很多，通過研究發(fā)現(xiàn)，水分促進(jìn)了過氧化絡(luò)合物的形成[1],煤中水分對煤自燃起到阻化抑制還是催化觸媒作用，應(yīng)根據(jù)具體條件而定[2]。但這些研究是以煤的內(nèi)在水分為中心，而針對煤所處環(huán)境的空氣濕度對煤自燃影響的研究還非常少。本文采用了以煤自燃程序升溫實(shí)驗(yàn)為主體的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測定了同一溫度的煤樣在不同濕度空氣環(huán)境下的各種氣體數(shù)據(jù)，從而研究空氣濕度對煤自燃的影響。

2實(shí)驗(yàn)部分研究采用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

包括程序升溫裝置、空氣加濕裝置、氣路和檢驗(yàn)部分構(gòu)成，在兩個(gè)直徑9.5cm，長25cm的實(shí)驗(yàn)爐中，分別裝入1.1kg粒徑相同煤樣，為使通氣均勻，上下兩端分別留有2cm左右自由空間（采用100目銅絲網(wǎng)托住煤樣），然后置于利用可控硅控制溫度的程序升溫箱內(nèi)加熱，并送入流量均為120ml/min，不同濕度的預(yù)熱空氣，控制升溫箱使煤樣以20℃/h的速度升溫。空氣加濕裝置是由一個(gè)以加濕器為主構(gòu)成的裝置，檢驗(yàn)部分由氣相色譜儀和溫濕度表組成，用氣相色譜儀測定不同煤溫時(shí)爐內(nèi)的氣體成份，溫濕度表用來測定加濕后空氣的溫度和濕度。實(shí)驗(yàn)采用趙樓礦煤樣。室溫為20℃，空氣經(jīng)過加濕裝置，相對濕度為95％，即18.2g/m3，另一組空氣相對濕度為30％（5.8g/m3）。為研究共性，分別做了粒徑分別為<0.9mm和0.9~3mm兩組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)溫度從20℃升至150℃。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

為測定空氣濕度對煤自燃的影響，主要從耗氧速率、放熱強(qiáng)度和指標(biāo)氣體三個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.1空氣濕度對煤耗氧速率的影響

通過不同空氣濕度下耗氧速度和CO產(chǎn)生量變化可以反映其對煤自燃的影響。

3.2空氣濕度對放熱強(qiáng)度的影響

由于通入普通空氣和加濕空氣的兩組煤樣在同一加熱箱內(nèi)被動(dòng)加熱，實(shí)驗(yàn)條件基本相同，故兩組煤樣在同一時(shí)間的溫度之差可以反映出放熱強(qiáng)度的不同。圖3即為通入普通空氣的煤樣和通入加濕空氣的煤樣在同一時(shí)間的溫差隨溫度變化曲線圖，從圖中可以看出，在低溫階段，通入濕空氣的煤樣溫度要高一些，證明通入潮濕空氣的煤樣放熱性強(qiáng)一些，但隨著溫度的升高，通入干燥空氣的煤樣溫度會(huì)慢慢高于通入潮濕空氣的煤樣。可以得出空氣濕度對煤自燃的影響表現(xiàn)出先促進(jìn)后抑制的趨勢。

3.3空氣濕度對指標(biāo)氣體產(chǎn)生的影響

煤自燃的指標(biāo)性氣體有很多，主要從實(shí)驗(yàn)全過程CO產(chǎn)生量、實(shí)驗(yàn)初期CO2產(chǎn)生量和CO相對濃度比率3個(gè)方面進(jìn)行分析。在一定溫度以上（大約90℃）時(shí)，通入加濕空氣煤樣的CO濃度小一些。可以看出潮濕空氣對煤的自燃有一定的抑制作用。兩組實(shí)驗(yàn)前期CO2濃度隨溫度變化曲線，在實(shí)驗(yàn)初期通入濕空氣的一組CO2濃度大于另一組。這是因?yàn)轸然–OOH）的反應(yīng)不同造成的。羧基很活潑，初期低溫階段它的反應(yīng)主要有脫水成酐

(1)、脫羧成CO2(2)、與臨近羥基反應(yīng)生產(chǎn)酯(3)三種：2RCOOH→RCOOCOR+H2O(1)RCOOH→RH+CO2

(2)RCOOH+R'OH→RCOOR'+H2O

(3)由于實(shí)驗(yàn)爐內(nèi)空氣濕度在低溫時(shí)基本飽和，而反應(yīng)1和3都會(huì)生成水，空氣中水蒸汽的存在必然會(huì)抑制反應(yīng)1和3，勢必使反應(yīng)朝著反應(yīng)2的方向發(fā)展，從而造成了CO2釋放量增大。用CO相對濃度比率來比較兩組煤樣CO產(chǎn)生量的不同，相對濃度比率可用下式計(jì)算：E=（A-B）/A，%式中：E-CO相對濃度比率，％；A-通入普通空氣煤樣CO產(chǎn)生量，ppm：B-通入加濕空氣煤樣CO產(chǎn)生量，ppm。不同粒徑煤樣CO相對濃度比率隨溫度變化曲線如圖5所示。從圖中可以看出兩種粒徑下CO的相對濃度比率值隨溫度的變化趨勢基本相同。實(shí)驗(yàn)初期，空氣濕度對煤自燃的影響不大，隨著溫度的升高到臨界溫度附近，比率值下降為負(fù)，說明在這個(gè)溫度下水蒸氣促進(jìn)了CO的產(chǎn)生。可以推斷水的極性對煤分子的空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的影響，水的極性極大的削弱了煤空間交聯(lián)鍵的結(jié)合力，使煤中的交聯(lián)鍵更容易斷裂，此時(shí)濕空氣對煤自燃的影響變?yōu)榇龠M(jìn)作用。溫度升高到臨界溫度以上時(shí)，煤的橋鍵開始斷裂，反應(yīng)速度加快。此時(shí)比率急劇升高為正，由此可以推斷隨著反應(yīng)加劇，煤氧化產(chǎn)生的水分增多，抑制了煤中水分的蒸發(fā)，隔絕了煤分子與氧氣的接觸，從而抑制了煤的氧化反應(yīng)。此時(shí)濕空氣對煤自燃的影響由促進(jìn)變?yōu)橐种啤?/p>

隨著溫度的繼續(xù)升高，比率值很快到達(dá)頂點(diǎn)（大約100℃）后回落，這是因?yàn)殡S著煤中水分的蒸發(fā)，對煤自燃的影響減弱。在干裂溫度左右曲線有個(gè)小幅提升并逐漸降低。可以推斷在干裂溫度附近，水對煤中某些側(cè)鏈基團(tuán)與氧氣的反應(yīng)呈輕微的促進(jìn)作用。隨著溫度的繼續(xù)升高，反應(yīng)生成大量的水，使兩組實(shí)驗(yàn)條件變的相似，從而使比率緩慢降低。從圖5中可以得出空氣濕度對煤自燃表現(xiàn)出先促進(jìn)后抑制的趨勢，與之前圖3表現(xiàn)的相吻合。

4結(jié)論

（1）在煤自燃的初期，空氣濕度對煤自燃有輕微的促進(jìn)作用，但影響不大。會(huì)促進(jìn)CO2的生成，這是因?yàn)槊褐恤然拿擊确磻?yīng)加大造成的。

（2）水蒸氣對煤自燃的全過程有一定的抑制作用，但從CO濃度相對比率和兩組煤樣的溫差上來看，在煤自燃的各個(gè)階段，水蒸氣對煤自燃的影響呈現(xiàn)為從促進(jìn)到抑制的趨勢。

參考文獻(xiàn)：

［2］梁曉喻,王德明.水分對煤自燃的影響[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào).2003（8）.

［3］徐精彩著.煤自燃危險(xiǎn)區(qū)域判定理論[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2001.

作者：馮晉榮 單位：山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司