[发明专利]自馈式加热煤堆低温氧化诱导加速自燃试验模拟装置

说明书

本发明涉及一种自馈式加热煤堆低温氧化诱导加速自燃试验模拟装置，包括供气系统、小尺度煤堆低温氧化诱导自燃模块、特征过程参数采集模块和烟气采集与分析模块，其中供气系统与小尺度煤堆低温氧化诱导自燃模块相连，小尺度煤堆低温氧化诱导自燃模块分别与特征过程参数采集模块和烟气采集与分析模块相连。优点：1）减少或避免外部环境的影响及煤氧复合反应过程中产热的散失，实现煤自燃过程特性参数的精准采集；2）装置结构简易，操作方便快捷；3）对煤堆自燃残留物进行结构可视化表征，并对烟气做腐蚀性、粘附性及其他物性、理化性质分析，对煤堆燃烧进行环保性评价，对煤矿安全生产、储运和煤矿消防灭火有着重大的工程实践意义。

技术领域

本发明是一种自馈式加热煤堆低温氧化诱导加速自燃试验模拟装置，属于煤矿灾害防治领域。

背景技术

在煤炭的开采、储存和运输过程中，煤炭水分蒸发、通风条件差、煤炭与空气接触的比表面积增大，增加了煤炭自然发火的可能性，极大地影响了煤炭的安全生产活动。对煤自燃过程特性参数研究，有利于把握煤自燃及其灭火规律，对煤矿安全生产和储运有着重大的工程意义。

目前的煤自燃实验装置一般是从多个单一角度进行，如温度保护系统、外部条件、测试手段、加热方式、保温措施、影响因素等。譬如温度保护系统方面，以水作为介质，其最高温度并不能满足煤自燃的诱发条件，且水蒸气给实验造成一定误差；而油浴由于耗材量大、花费高为研究者所摒弃。大尺度模拟实验在反映煤自燃过程较为有效，但试验周期长（10-15天），不但需要大量实验用煤样，且重复性差。此外，现有的实验设计多为复杂笨重，操作繁杂，测试手段陈旧，加热方式单一，保温措施差，且一般侧重单一煤样自燃特性的实验模拟和煤氧化产物的成分分析，较少系统地模拟测试煤自燃过程中微观和宏观以及内在和外在物理和化学变化，缺乏对多孔介质的煤自燃的界定及其基本特性表征和分析。本实验装置系统地从多孔介质的煤在典型制约因素下和多个尺度的物理（温度、烟气遮光度、表面特性等）和化学（烟气成分、腐蚀性、毒性等）过程及其煤氧复合作用下探讨煤炭自燃过程的特性和机理。

发明内容

本发明提出的是一种自馈式加热煤堆低温氧化诱导加速自燃试验模拟装置，其目的在于提供一种可以系统的模拟测试煤自燃过程中微观和宏观以及内在和外在物理和化学变化、并对多孔介质煤的自燃进行界定及基本特性表征和分析的装置，有利于探讨煤炭自燃过程的特性和机理及其对环境的影响。

本发明的技术解决方案：自馈式加热煤堆低温氧化诱导加速自燃试验模拟装置，包括供气系统、小尺度煤堆低温氧化诱导自燃模块、特征过程参数采集模块和烟气采集与分析模块，其中供气系统通过导气管与小尺度煤堆低温氧化诱导自燃模块相连，小尺度煤堆低温氧化诱导自燃模块与特征过程参数采集模块连接，小尺度煤堆低温氧化诱导自燃模块通过橡胶管与烟气采集与分析模块相连。

使用其测试煤堆自燃典型过程特性的方法，包括如下步骤：

1）筛选试样：将采集煤块使用高速粉碎机粉碎，并使用筛子筛出不同粒度的试验煤样，将煤样装入煤低温氧化诱导自燃反应炉4中，连接装置并检查装置气密性；

2）燃烧：控制氮气瓶和空气瓶的流速，保证通入煤低温氧化诱导自燃反应炉4的气体中的氧气浓度保持固定值，利用温度控制装置以固定功率对反应炉下断的自馈式电加热盘9加热，使炉体整体温度升至240-250℃；停止加热，继续按照固定氧气浓度向反应炉通气，使煤样在已有温度基础上氧化直至自燃；

3）温度采集：炉身热电偶与贴壁热电偶13所测得的温度数据通过温度采集装置22采集后输入计算机并储存；

4）烟气分析：从煤低温氧化诱导自燃反应炉出气孔2排出的气体进入烟气采集与分析模块，在管道中检测烟气粘附性、遮光度、气体成分，并将数据采集至计算机中储存；