一種低煤化程度煤自燃特性的著火活化能分析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低煤化程度煤自燃特性的著火活化能分析方法，通過熱重實驗方法對低煤化程度煤自燃特性的著火活化能進(jìn)行分析，并將揮發(fā)分產(chǎn)率考慮到熱重分析方法中，使分析結(jié)果能準(zhǔn)確反映低煤化程度煤的自燃難易程度。
【專利說明】一種低煤化程度煤自燃特性的著火活化能分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種低煤化程度煤自燃特性的著火活化能分析方法，具體涉及一種基 于熱重實驗的低煤化程度煤自燃難易判定的著火活化能計算方法，主要用于使用熱重實驗 方法分析煤自燃難易程度。

【背景技術(shù)】
[0002] 煤自燃災(zāi)害是煤礦的主要災(zāi)害之一，煤炭自燃不僅燒毀了寶貴的資源，產(chǎn)生大量 的C0、C02和S02等有毒有害氣體，危害工人的健康和生命，污染環(huán)境；還能夠誘發(fā)瓦斯、煤塵 爆炸事故的發(fā)生，是阻礙煤礦安全生產(chǎn)的重大災(zāi)害。國內(nèi)外應(yīng)用較多的煤自燃傾向性鑒定 方法主要有奧氏法、著火點法、交叉點溫度法、差示量熱法、靜態(tài)及動態(tài)吸氧法等。自20世 紀(jì)70年代起，國內(nèi)外學(xué)者普遍采用熱重分析（TGA，Thermo Gravimetric Analysis)方法判 定煤的著火、穩(wěn)燃及燃盡等特性，通過建立的煤燃燒反應(yīng)動力學(xué)方程確定其動力學(xué)參數(shù)(反 應(yīng)活化能E、頻率因子A及反應(yīng)級數(shù)n)，并依據(jù)動力學(xué)參數(shù)系統(tǒng)提出了煤的可燃性判別指 數(shù)、穩(wěn)燃性判別指數(shù)及燃盡特性指數(shù)等指標(biāo)體系。該方法具有簡單、方便、快速的特點，目前 得到了較為廣泛的應(yīng)用。
[0003] 煤樣熱重分析實驗判定煤自燃的方法原理是，根據(jù)程序升溫條件下煤氧化得到的 TGA曲線，自燃傾向性較高的煤樣會在劇烈燃燒之前與氧發(fā)生明顯的物理化學(xué)吸附，產(chǎn)生質(zhì) 量的增加。在完整的TGA曲線應(yīng)該出現(xiàn)明顯的3個階段，分別為失水失重階段、氧化增重階 段和燃燒失重。失水失重階段主要是升溫條件下煤中水份不斷析出，煤樣質(zhì)量持續(xù)減少；氧 化增重階段主要是煤對氧的物理化學(xué)吸附使煤樣的質(zhì)量持續(xù)增加；燃燒失重階段主要是發(fā) 生劇烈的燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生大量燃燒氣體產(chǎn)物，煤樣質(zhì)量迅速減少。以上3個階段可分別應(yīng)用 阿累尼烏斯（Arrhenius)公式求出對應(yīng)的活化能，分別定義為失水活化能、著火活化能和燃 燒活化能。
[0004] 計算過程為每個階段的活化能應(yīng)用TGA實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)煤氧化的反應(yīng)級數(shù)，確定 反應(yīng)的機(jī)理函數(shù)。以煤的燃燒反應(yīng)為一級反應(yīng)為例，設(shè)定反應(yīng)模型為

【權(quán)利要求】
1. 一種低煤化程度煤自燃特性的著火活化能分析方法，其特征在于：其具體包括如下 步驟： 步驟一：利用熱重實驗方法對煤樣進(jìn)行實驗得出熱重曲線以及失水結(jié)束點溫度、著火 點溫度； 步驟二：利用熱重實驗設(shè)備對煤樣進(jìn)行工業(yè)分析實驗，得到失水結(jié)束點至著火點溫度 范圍內(nèi)的揮發(fā)分產(chǎn)率隨溫度的變化規(guī)律，得到相應(yīng)溫度產(chǎn)出揮發(fā)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Λ W ; 步驟三：將從失水結(jié)束點開始每一對應(yīng)溫度煤樣的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 加上相應(yīng)溫度產(chǎn)出揮發(fā)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Λ W，再利用新反應(yīng)轉(zhuǎn)化率
計算公式（4)計算反應(yīng)轉(zhuǎn)化率：
(4)； 式中：Wmd -為著火溫度時揮發(fā)分產(chǎn)率，％ ; Λ W-不同溫度時對應(yīng)所產(chǎn)出揮發(fā)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％ ; 將得到的Λ X代入改進(jìn)的Coats-Redfen積分公式（5)中求出活化能Ε :
(5)； 式中：Λ X-反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，％ ; Ε-活化能KJ/mol ; R-氣體常數(shù)，KJ/mol · K ; A-指前因子，f ; Τ一反應(yīng)溫度，Κ。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低煤化程度煤自燃特性的著火活化能分析方法，其特征 在于：所述步驟二具體方法為：利用熱重實驗設(shè)備在只通過Ν 2情況下對煤樣進(jìn)行工業(yè)分 析，得到揮發(fā)分產(chǎn)率，并擬合揮發(fā)分產(chǎn)率在失水結(jié)束點至著火點溫度區(qū)間內(nèi)與溫度的關(guān)系， 計算Λ w。
【文檔編號】G01N5/04GK104142282SQ201410365712
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】郝朝瑜, 趙慶彪, 馬念杰, 高會春 申請人:冀中能源集團(tuán)有限責(zé)任公司