[发明专利]一种煤堆临界自燃着火点温度判定方法

说明书

本发明设计一种煤堆临界自燃着火点温度判定方法；首先要查找需要判定煤堆中煤样的基本特性资料，确定煤样自身的基础特性(如水分含量、挥发分含量、固定碳含量、密度、比重等)；其次要进行小体积实验煤样制备，包括实验煤样粒径确定以及实验煤样自身的基础特性再测定；进而采用三种体积金属网框并利用开放式恒温实验系统在不同环境温度条件下对实验煤样的临界自燃着火温度进行测定；最后根据所测定不同体积实验煤堆临界自燃着火点温度，结合阿伦尼乌斯方程(Arrhenius equation)和弗兰克‑卡门斯基理论方程(Frank‑Kamenetskii's Equation)采用画图法计算煤样表观活化能，进而计算大体积煤堆的临界自燃着火温度。

技术领域

本发明涉及煤自燃发火预测技术领域，尤其涉及一种煤堆临界自燃着火点温度判定方法。

背景技术

低品质煤炭在开采、运输和堆积存放过程中，因煤炭自身特性加之堆积环境和堆积状态，往往会发生一些列的物理化学变化，放出热量导致堆积体温度升高。煤氧化放热的结果是促进可燃物质的进一步氧化、加强煤自身物理反应的变化和促进煤炭中存在的微生物的活性，造成煤堆自身颗粒的风化破碎、煤堆质量的损失以及自燃火灾。

针对煤堆临界自然着火点的判定与预测，典型的煤自然发火特性测定多以固定煤样所处外部环境条件(如恒定漏风、固定进风等)的实验室内进行实验为主，一般通过比较易于实现的绝热密闭环境或程序升温方式测试煤自身的氧化发热特性指标，但该类方法均在绝热环境条件下进行，未考虑实际条件下自然对流的影响，使得该方法存在一定误差，有待进一步的完善和优化。并且目前常用的煤炭自燃临界自然着火点的判定与预测方法大多采用绝热氧化实验系统联合气象色谱仪器分析煤堆升温过程和以及过程中不同气体浓度变化，过程复杂而且成本较高，无法考虑实际条件下自然对流的影响，无法实现煤炭自燃临界自然着火点的判定与预测的简单化和实际化。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种煤堆临界自燃着火点温度判定方法。

一种煤堆临界自燃着火点温度判定方法，包括以下步骤：

步骤1：获取需要判定煤堆的基本特性资料；所述基本特性资料包括煤样品级、埋藏深度、粒径和堆积体积；

步骤2：根据获取煤堆的基础特性资料，测定煤样的成份、比热容和密度，得到煤样孔隙率；

步骤3：根据所述基本特性资料及煤样孔隙率，在基于阿伦尼乌斯方程和弗兰克-卡门斯基理论方程，分别进行初始参数的确定；具体为：网框体积范围、煤样粒径范围和温度范围的确定以及临界自燃着火点温度的判定；

步骤3.1：首先，定义一个一维双面连续传热的模型；

式中，r为临界等效半径,m；Q为产热量,J/kg；κ为Frank-Kamenetskii无量纲系数；ρCp为体积热熔,J/m³·K；T为煤堆温度，℃；α为煤样热扩散率，m²/s；

假设煤堆边界具有高导热系数壁面，有：

其中，A为指前因子；E为活化能；λ为导热系数，W/(m·K)；θ为环境温度，℃；ΔH_c为摩尔反应热，kJ/mol；C_iⁿ为气体浓度；

因此得到：

不同堆积形态的临界F-k参数即δ值；通过既定参数表查得不同堆积形态下的临界δ值；

步骤3.2：根据煤样的临界自燃着火温度的影响因素，得到对应函数关系：

T_CSIT＝f(V,α,ε)；α＝λ/ρCp