CN101726511A - 一种动态调控风温的煤最短自然发火期快速测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种动态调控风温的煤最短自然发火期快速测试方法，涉及一种煤测试方法，包括如下步骤：(1)将新采集的煤除去表层并破碎作为测试煤样待用；(2)取煤样加入反应容器中，让风流经煤体在反应容器内均匀通过；开启PID控制系统逐时监测煤体和风流温度变化；(3)开启氧浓度检测系统，检测出煤体内各特征点氧浓度的变化率；(4)将实验中确定的煤自燃过程的特性参数带入已标定好的煤最短自然发火期数学模型中即可推算出煤最短自然发火期。本发明可以快速、简单、准确的确定煤在绝热条件下的最短自然发火期，能够科学的对煤最短自然发火期进行快速测试，测试结果可信度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤测试方法，特别是涉及一种动态调控风温的煤最短自然发火期快速测试方法。
背景技术
煤体接触空气到开始发生自燃的时间称为煤自然发火期。最早自然发火期预测主要凭经验和现场统计进行初略估计，通常以月为单位，不能有效地指导现场的工作。为此，各国采用自然发火实验台来模拟煤自然发火过程，并进一步预测煤自然发火期，为煤矿现场防灭火工作提供了基础数据，取得了良好效果。
传统的煤低温自然发火实验台近似模拟现场散热情况、漏风状况及浮煤厚度，并以室温作为实验起始温度，利用煤氧化放热引起自然升温，连续监测煤体内各特征点温度、气体成份变化情况，从而研究煤的低温氧化放热特性，预测煤的自然发火期。由于煤的自然发火期较长(数十天到数月)，短也要十几天，从研究或试验测试分析的角度来看这是很不经济，也是不可行的。因此，立足于实验室快速测定，建立一种重复性好，可较为真实还原煤自然发火实际过程的快速测定方法有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单可靠，适用于实验室快速测定煤最短自然发火期的一种动态调控风温的煤最短自然发火期快速测试方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种动态调控风温的煤最短自然发火期快速测试方法，该方法包括如下步骤：
(1)将新采集的煤除去表层并破碎作为测试煤样待用；
(2)取煤样加入反应容器中，让风流经煤体在反应容器内均匀通过；开启PID控制系统逐时监测煤体和风流温度变化，并实现对风温的动态调控；
(3)开启氧浓度检测系统，检测出煤体内各特征点氧浓度的变化率，根据各特征点氧浓度的变化率可推算出耗氧速率；并结合煤自燃理想化过程可确定煤低温氧化放热量在3×105J/(molO2)-4.2×105J/(molO2)之间；
(4)将实验中确定的煤自燃过程的特性参数带入已标定好的煤最短自然发火期数学模型中即可推算出煤最短自然发火期。
所述的一种动态调控风温的煤最短自然发火期快速测试方法，以上所述步骤(2)中PID控制系统对风流温度动态调控。
所述的一种动态调控风温的煤最短自然发火期快速测试方法，以上所述步骤(4)所述的数学模型使用前应根据绝热边界条件的实验进行标定。
本发明的优点与效果是：
本发明立足于实验室快速测定，既克服了大型实验台实验周期长、成本高、成功率低又避免了小型实验很难真实反映煤实际的自然发火过程的缺点，可以准确的测试煤最短自然发火期，简单可靠，适用性强。
附图说明
本发明的附图为工艺流程图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行详细说明。
本发明将破碎好的煤样放入测试容器中，温度检测系统逐时监测煤体温度和供风温度，并采用PID控制器实现对供风风流逐时加热，在风流焓变和煤的低温氧化放热共同作用下，实现对加速煤体的加速氧化过程。通过逐时动态调控供风风流温度边界条件加速煤自燃过程，得到煤自燃过程中煤体氧化放热强度、CO产生率、临界特征温度点、耗氧速度等煤自燃特性参数随煤温的变化规律。将实验中得到的煤自燃过程的特性参数代入已标定的绝热边界条件的煤最短自然发火期数学模型中即可推算出煤最短自然发火期。
数学模型：根据传热传质及多孔介质渗流力学建立二维轴对称煤自燃过程的数学模型，该模型可对松散煤体内流场、氧浓度场和温度场等耦合场进行求解。利用实验测定的结果，给出模拟的边界条件，模拟煤的氧化过程，确定煤的实际自然发火期。
PID控制系统：当通过热电偶采集的被测温度偏离所希望的给定值时，
PID控制可根据测量信号与给定值的偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)运算，从而输出某个适当的控制信号给执行机构(本文中的给风流加热的设备)，促使测量值恢复到给定值，达到自动控制的效果。
实施例：
(1)将新采集的煤除去表层并破碎成平均粒径为3mm的煤样作为测试煤样待用；
(2)将40～50kg煤样装入反应容器中，让风流以0.01m/s的速度经煤体在反应容器内均匀通过；开启PID控制系统逐时监测煤体和风流温度变化，并实现让风流温度时刻高于煤体温度1℃，直到煤开始燃烧；
(3)开启氧浓度检测系统，通过逐时记录反应容器中心处氧浓度和反应容器出口处氧气浓度，实验得到煤自燃的临界温度为90℃；小于临界温度阶段的活化能为32830J/mol，指前因子为16s-1，推算出此时的耗氧速率为6×10-10s-1，氧化放热强度为0.5×10-10J/mol·s；计算出加速氧化阶段的活化能为63130J/mol，指前因子为7200s-1；推算出此时的耗氧速率为70×10-10s-1，氧化放热强度为3×10-9J/mol·s；
(4)将实验中确定的煤低温氧化过程耗氧速度和氧化放热强度带入标定好的不含外界热源加热的绝热边界的煤最短自然发火期的数学模型中即可推算出煤最短自然发火期为34天。
Claims (3)
1.一种动态调控风温的煤最短自然发火期快速测试方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)将新采集的煤除去表层并破碎作为测试煤样待用；
(2)取煤样加入反应容器中，让风流经煤体在反应容器内均匀通过；开启PID控制系统逐时监测煤体和风流温度变化，并实现对风温的动态调控；
(3)开启氧浓度检测系统，检测出煤体内各特征点氧浓度的变化率，根据各特征点氧浓度的变化率可推算出耗氧速率；并结合煤自燃理想化过程可确定煤低温氧化放热量在3×105J/(molO2)-4.2×105J/(molO2)之间；
(4)将实验中确定的煤自燃过程的特性参数带入已标定好的煤最短自然发火期数学模型中即可推算出煤最短自然发火期。
2.根据权利要求1所述的一种动态调控风温的煤最短自然发火期快速测试方法，其特征在于以上所述步骤(2)中PID控制系统对风流温度动态调控。
3.根据权利要求1所述的一种动态调控风温的煤最短自然发火期快速测试方法，其特征在于以上所述步骤(4)所述的数学模型使用前应根据绝热边界条件的实验进行标定。
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