[发明专利]煤炭低温自燃发火过程仿真模拟试验装置

说明书

本发明涉及一种煤炭低温自燃发火过程仿真模拟试验装置。煤样炉内部呈圆筒状，内部分成4个扇形部分；煤样炉外圆周具有外部储油空腔，煤样炉内部具有将煤样炉分隔成4个扇形的十字形内部储油空腔；煤样炉下底部铺设有岩棉隔热层，其上为不锈钢篦子，不锈钢篦子承托煤堆，不锈钢篦子的下部设有进气阀，通过不锈钢篦子向煤炭自燃炉内均匀的输送气体；本发明采油了油浴恒温系统，并且采用独特的煤样炉结构实现了四个腔体共用一套温度保护系统，能够实现同一实验条件下的分组对比实验，同时避免了煤炭自燃过程中出现“夹生煤”现象，降低了实验周期，提高了实验的可信度。油的沸点较高(300℃～350℃)，可以模拟煤自燃的全过程。

技术领域：

本发明属于煤炭低温自燃技术领域，尤其涉及一种煤炭低温自燃发火过程仿真模拟试验装置。

背景技术：

煤炭自燃发火试验台是20世纪90年代确立起来的一种煤炭自燃发火过程相似模拟实验装置。煤炭自燃实验模拟条件必须等同于或者近似于现场实际条件，而且实验所获得的数据必须是完整的，符合事实条件的表达出煤炭在自燃条件下的发火特性。实际上，要模拟煤炭在现实条件下的自燃过程，在构建实验系统模拟煤炭自燃发火过程中，必须把握以下几个要点：实验装置在实验中对煤体温度的控制要与煤炭氧化自燃的温度变化趋势相一致，要求实验装置具有良好的绝热性，即尽量完全隔绝煤与外界环境的热交换，以保证实验周期尽量短及实验的仿真性；要使煤体的粒度为最佳情况，并且应该提供最佳的漏风强度，具有可精确调节的进风供氧系统；具有精确的测控系统，全面准确的监视测定煤炭自燃全过程。

目前现有的煤炭自燃大型模拟试验台主要存在以下缺点：

缺点1：

实际上，煤炭自燃可以分为五个阶段，分别为：水吸附阶段、化学吸附阶段(室温-70℃)、煤氧复合物生成阶段(150-230℃)、煤燃烧初始阶段(煤温达230℃)，煤快速燃烧阶段(230-800℃)，不同阶段煤炭自燃的放热强度、反映速率、耗氧速度、产物情况有极大不同。煤炭自燃发火实验装置的关键是煤炭自燃炉具有良好的绝热性，即尽量完全隔绝煤炭自燃炉与外界环境的热交换，以保证实验周期尽量短及实验的仿真性。目前隔绝煤炭自燃炉与外界环境热交换的方式主要有两种：1、采用绝热材料作为煤炭自燃炉的炉壁，例如石棉、岩棉、硅藻土、玻璃纤维、混凝土、硅藻土、硅酸钙等。目前现有的绝热材料存在绝热效果较差，易发生变形等缺点，导致实验结果易失真。2、采用温度保护系统对煤炭自燃升温过程进行温度保护，温度保护系统主要由中空的钢质炉壁及流体介质组成，其中流体介质储存在中空的钢质炉壁内，分别追踪煤与流体介质的温度，加热流体介质，使流体介质与煤温一致，始终保持煤炭自燃炉内外温差为零，以此隔绝煤炭自燃炉与外界环境的热交换。目前主要有两种温度保护系统：水浴温度保护系统，程序升温箱保护系统。

水浴温度保护系统应用水作为流体介质，该介质的最大缺点是介质最高温度(100℃)过低，因此只能保证煤温在低温(室温-100℃)条件下的良好蓄热环境，不能满足煤炭自燃所需的300℃以上高温，当煤温超过100℃时，煤炭将通过炉壁与外部环境进行热交换，煤炭自燃炉蓄热环境破坏，打破了煤炭自燃的真实状态，严重影响了试验结果的准确性。

程序升温箱保护系统采用空气作为流体介质，该介质的缺点是受热时会产生热量流动，导致传热不均匀，同时高温、高压空气对气体管路提出了更高的性能及安全性要求。

缺点2：

目前现有的大型煤炭自燃发火试验台体型庞大，装煤量大，模拟煤炭自燃的实际情况具有一定的优势。但由于其只有一个煤炭自燃炉，所有煤样全部置于燃煤炉中，单次实验结果缺乏对比，无法验证实验结果准确性；同时由于一次装煤量大，煤堆受热不均匀、煤炭自燃过程中煤堆中部容易出现“夹生煤”现象，影响了煤炭自燃的试验进程，并进一步影响试验结果。不同煤种、不同产地的煤炭自燃模拟对比研究难度加大，要想获得多组试验数据进行对比，需设计多组对比实验，增加试验次数，这无疑将导致实验周期加长；同时不同组别实验条件可重复性差、干扰因素多，实验数据可信度降低，甚至严重失真。

发明内容