[实用新型]同时测定可燃颗粒表观热物性和自燃温度的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种适用于燃煤电厂露天煤堆自燃预报的同时测定可燃颗粒表观热物性和自燃温度的系统。 

背景技术

在煤矿、电厂等的露天煤堆，远洋船舶和铁路运输过程中存放在运输箱中的煤堆，都常常发生自燃现象。高挥发分原煤自燃现象比较普遍，典型的分析数据表明，挥发分大于35%的气煤和长焰煤储存6个月后，其热量损失平均为4.9%，而挥发分小于17%的贫煤储存6个月后，其热量损失平均为2.0%，煤堆的自燃不仅造成了巨大的经济损失，也严重污染了周围的环境。在大型燃煤电厂中，为保证正常生产，必须储备十几万吨至数十万吨的煤炭，储存期可长达数月，煤炭自燃是煤炭贮存最大的安全隐患。由于电厂煤炭的来源不同，其物理、化学性质也有很大差异，因此需要对其与自燃相关的物理和化学性质进行分析，掌握其自燃的规律，以便采取进行自燃趋势的预报并相应的抑制措施。 

影响煤堆自燃的因素中，除所处环境的气象条件（如风速、风向、空气温度和湿度等）、堆积的几何特征（高度、坡度、粒度分布及孔隙度）外，最重要的是煤的热物理性质和低温氧化特性。煤堆的自燃过程可以用具有内部热源的等效热传导方程来描述 

ρc∂T∂τ=λΔT+QV(T)---(1)]]>

其中，ρc是堆积煤的等效容积热容，λ堆积煤的等效热导率（或称导热系数），而Q_V(T)是堆积煤的体积发热率，它与煤的低温氧化特性有关。在煤堆边界条件确定的情况下，ρc、λ和Q_V(T)共同决定了煤堆内部的热传递和化学反应过程。当煤堆内部没有低温氧化和低温氧化较弱时，热量可以通过边界传递给周围的环境，一般不会发生自燃；而当低温氧化较强时，产生的能量无法及时传递出去，造成了煤堆温度逐步升高，氧化反应愈加剧烈，这种自激效应最终导致煤堆自燃的发生。因此，掌握煤的热物理性质ρc和λ以及体积发热率Q_V(T)，对于预报煤堆自燃的趋势和抑制煤堆自燃的发生至关重要。 

热物性的测量的基本方法都是将被测材料置于特定的边界条件下，测定通过的热流量以及特征点（或面）上的温度或温度变化率，再根据在该边界条件下热传导方程 的解计算出热导率λ、热扩散系数a＝λ/ρc。例如，常用的准稳态平板法是根据恒热流加热条件下，在准稳态阶段通过测定加热面和绝热面之间的温差以及加热面的热流密度来计算出热导率λ、热扩散系数a＝λ/ρc。 

测定热扩散系数a＝λ/ρc要采用非稳态法。例如正规工况平板法、准稳态平板法、准稳态圆管法、瞬态热线法等。非稳态方法的主要优点是测试周期短、设备结构简单等。 

测量自燃温度通常采用温升曲线法。将样品逐次置于不同温度的空气气氛中，测量样品的温度变化曲线。如果在加热过程中，温度变化曲线中出现温升速率由慢变快的现象，则说明样品发生了自燃；反之，在加热过程中温升速率不出现显著变化则说明样品不能发生自燃。由此测量的能够使样品发生自燃的最低的试验温度即是自燃温度。一种改进的方法是将样品置于缓慢升温的空气氛围中，以便样品与环境尽量达到热平衡，当样品达到某个温度时，温升速率超过试验环境的温升速率时，则该温度即是自燃温度。 

测量体积发热率Q_V(T)的方法亦有很多，例如采用综合热分析仪测量表观反应活化能和频率因子，利用阿累尼乌斯公式计算表观反应速率，再根据量热的数据间接计算体积发热率；亦可以将样品置于缓慢升温的空气氛围中，以便样品与环境尽量达到热平衡，根据热传导方程，在自燃发生后两点温度相等时的温升速率计算样品的体积发热率Q_V(T)。