CN107144678A - 一种模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置及其方法，模拟煤场真实堆积压力、粒度、温度下的煤自燃过程，测试煤自燃特性，并对煤场储煤自燃倾向性进行分类，其成本低、调控方便、精度高。煤样反应器和气体预热器安装在恒温室中；进气孔和出气孔均与反应室连通；增压装置和反应室连接；空气瓶、空气管路减压阀、空气管路气体开关阀、空气管路质量流量计依次连接构成空气管路，空气管路的出气口与气体预热器的进气口连接；气体预热器的出气口与煤样反应器的进气口连接；一号温度计安装在煤样反应器的反应室中；二号温度计安装在恒温箱的恒温室中；一号温度计和二号温度计均与数据采集器连接；数据采集器与计算机连接。

Description

一种模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置及其方法，尤其是能较为真实的模拟煤场堆积压力、粒度、环境温度下储煤自燃倾向性的测定装置及其方法。

背景技术

煤炭自燃是煤炭开采和储运过程中常见的灾害之一，造成资源的极大浪费，严重威胁人们的生命财产。煤的自燃倾向性代表了煤自燃的难易程度，准确测定煤的自燃倾向性对这一灾害的防治工作具有重要的指导意义。特别对于发电企业而言，煤炭自燃发火是煤炭储存过程中的主要灾害之一。目前我国煤炭行业主要采用色谱动态吸氧法来确定煤的自燃倾向性，但是该种方法仅考虑煤样在30℃时物理吸氧量来判定煤自燃倾向性强弱，是一种间接测试方法，并且还没有证据表明煤在某一温度点对氧的吸附能力同煤的自燃倾向性有必然的联系。其他的相关研究主要从耗氧量或者温度指标评判煤的自燃倾向性，实验条件较现实中煤场实际堆放条件差别较大，煤自燃过程不仅与煤自身的氧化性和放热性有关，还与漏风供氧和蓄热环境密切相关。煤自燃是煤体放热和环境散热这对矛盾动态发展的过程，所以煤的自燃特征参数及其影响因素既与煤的自身物理条件有关，又与外界条件，比如堆积压力、环境温湿度等有关。

为了解决上述问题，本申请人分别研发了申请号为201520044815.X和201610141085.4的技术方案。201520044815.X的技术方案由于设备较多，投入成本较高，而且不好调控；201610141085.4的技术方案其判定方法的精准度仍可以进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置及其方法，能够模拟煤场真实堆积压力、粒度、温度下的煤自燃过程，测试煤自燃特性，并对煤场储煤自燃倾向性进行分类，并且成本低、调控方便、精度高。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置，其特征在于：包括空气瓶、空气管路减压阀、空气管路气体开关阀、空气管路质量流量计、恒温箱、气体预热器、煤样反应器、一号温度计、二号温度计、数据采集器和计算机；恒温箱中设有恒温室，煤样反应器和气体预热器安装在恒温室中；煤样反应器包括进气孔、出气孔、增压装置和反应室；进气孔和出气孔均与反应室连通；增压装置和反应室连接；空气瓶、空气管路减压阀、空气管路气体开关阀、空气管路质量流量计依次连接构成空气管路，空气管路的出气口与气体预热器的进气口连接；气体预热器的出气口与煤样反应器的进气口连接；一号温度计安装在煤样反应器的反应室中；二号温度计安装在恒温箱的恒温室中；一号温度计和二号温度计均与数据采集器连接；数据采集器与计算机连接。

本发明还包括氮气瓶、氮气管路减压阀、氮气管路气体开关阀和氮气管路质量流量计；氮气瓶、氮气管路减压阀、氮气管路气体开关阀、氮气管路质量流量计依次连接构成氮气管路，氮气管路的出气口与气体预热器的进气口连接。

本发明还包括三通阀，氮气管路的出气口与三通阀的一个进气口连接，空气管路的出气口与三通阀的另一个进气口连接，三通阀的出气口与气体预热器的进气口连接。

本发明还包括氧气浓度检测仪，煤样反应器的出气口与氧气浓度检测仪连接，氧气浓度检测仪与数据采集器连接。

本发明煤样反应器的进气口上方、出气口下方均设有均匀透气隔网。

一种模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置的测定方法，其特征在于：步骤如下：

a、将新采集煤样去掉已被氧化的表面后破碎到标称最大粒度6mm作为实验煤样，将煤样装入煤样反应器的反应室中，经增压装置加压，以模拟真实煤场堆积下压力；

b、煤样低温缓慢氧化温升速率的测定：设定恒温箱加热目标温度为69 ℃，恒温箱以2℃/min的升温速率使煤样中心温度升温到69 ℃，煤样温度采集频率为2次/min，当煤样中心温度升至69 ℃后，在69 ℃恒温1 h；依次打开空气瓶的阀门、空气管路减压阀和空气管路气体开关阀，空气瓶的空气流出，经过空气管路减压阀减压，再经过空气管路质量流量计对空气流量控制后流入气体预热器，气体预热器对空气进行预热后，控制空气以50 mL/min的流量通入煤样反应器的反应室中，空气加热煤样，煤样中心温度会缓慢升高；恒温箱缓慢升温，但恒温箱温度不高于煤样中心温度，直至煤样中心温度升至71 ℃时试验结束；

c、依次关闭空气管路气体开关阀、空气管路减压阀、空气瓶的阀门，关闭恒温箱电源，取出煤样反应器倒出煤样并清理，以备下次使用；

d、结果计算：

其中：

V ₇₀——煤样中心温度自69℃升至71℃的升温速率，单位为℃/h；

T₂ ——采集结束温度，T₂=71.0 ℃；

T₁——采集开始温度，T₁=69.0 ℃；

t——煤样中心温度自69.0 ℃升至71.0 ℃的时间，单位为小时；

e、煤炭自燃倾向性分类指标：综合考虑煤样在低温缓慢氧化阶段温升速率，对煤场储煤自燃倾向性进行测定及分类；煤场储煤自燃倾向性分类指标如下： V ₇₀＞1.00时为强自燃倾向，0.40≤V ₇₀≤1.00时为中等自燃倾向，V ₇₀＜0.40时为弱自燃倾向。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明通入微小流量的空气，使得煤样氧化升温，测定煤样低温缓慢氧化升温速率，以此为指标对煤自燃倾向性进行测定及分类，能较为真实的模拟煤场煤堆积压力、粒度、温度下煤的自燃倾向性，装置结构紧凑、合理，方法简单、便于操作使用，测试结果准确、可靠。

附图说明

图1是本发明实施例模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置的结构示意图。

图2是本发明实施例模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置的测定方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明。

参见图1和图2，本发明实施例测定装置包括氮气瓶1、空气瓶2、氮气管路减压阀3、空气管路减压阀4、氮气管路气体开关阀5、空气管路气体开关阀6、氮气管路质量流量计7、空气管路质量流量计8、三通阀9、一号硅胶管10、恒温箱11、气体预热器12、二号硅胶管13、煤样反应器14、一号温度计15、二号温度计16、数据采集器17、计算机18和氧气浓度检测仪。

恒温箱11中设有恒温室，煤样反应器14和气体预热器12安装在恒温室中。恒温箱11由内外两层不锈钢材质构成，两层不锈钢材质中间有超细玻璃纤维保温棉保温。恒温箱11设置有温度控制系统控制加热器，使恒温室内温度达到设定的温度，控制精度高。

煤样反应器14由不锈钢材质制成，其包括进气孔、出气孔、增压装置和反应室。进气孔设在煤样反应器14的底部，出气孔设在煤样反应器14的顶部，进气孔和出气孔均与反应室连通。增压装置和反应室连接，能够在反应室中模拟煤堆真实压力。煤样反应器14中部设有一号温度计15插入孔。煤样反应器14的进气口上方、出气口下方均设有均匀透气隔网，防止煤样落入进气口或随气体进入氧气浓度检测仪。

氮气瓶1、氮气管路减压阀3、氮气管路气体开关阀5、氮气管路质量流量计7依次连接构成氮气管路，氮气管路的出气口与三通阀9的一个进气口连接。

空气瓶2、空气管路减压阀4、空气管路气体开关阀6、空气管路质量流量计8依次连接构成空气管路，空气管路的出气口与三通阀9的另一个进气口连接。

三通阀9的出气口与一号硅胶管10的进气口连接，一号硅胶管10的出气口与气体预热器12的进气口连接。

气体预热器12的出气口与二号硅胶管13的进气口连接，二号硅胶管13的出气口与煤样反应器14的进气口连接。气体预热器12预热进入的气体，使气体温度与恒温室接近。

煤样反应器14的出气口与氧气浓度检测仪连接，从煤样反应器14中排出的气体进入氧气浓度检测仪检测。

一号温度计15安装在煤样反应器14的反应室中心位置。

二号温度计16安装在恒温箱11的恒温室中心位置。

一号温度计15和二号温度计16均为铂电阻温度计。

一号温度计15、二号温度计16、氧气浓度检测仪与数据采集器17连接。数据采集器17与计算机18连接，数据采集器17采集一号温度计15和二号温度计16的温度变化，及氧气浓度检测仪的氧气浓度变化，并将采集到的数据转换成数字信号在计算机18上实时显示、记录、保存。

一种模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置的测定方法，步骤如下：

a.将新采集煤样去掉已被氧化的表面后破碎到标称最大粒度6mm作为实验煤样，将煤样装入煤样反应器14的反应室中，经增压装置加压，以模拟真实煤场堆积下压力；连接好氮气管路、空气管路、铂电阻温度传感器及数据采集装置线路，并检查整个系统的气密性。

b.煤样低温缓慢氧化温升速率的测定：设定恒温箱11加热目标温度为69 ℃，恒温箱11以2 ℃/min的升温速率使煤样中心温度升温到69 ℃，煤样温度采集频率为2次/min，当煤样中心温度升至69 ℃，在69 ℃恒温1 h；依次打开空气瓶2的阀门、空气管路减压阀4和空气管路气体开关阀6，空气瓶2的空气流出，经过空气管路减压阀4减压，再经过空气管路质量流量计8对空气流量精确控制后经三通阀9流入一号硅胶管10，再流入气体预热器12，气体预热器12对空气进行预热后，控制空气以50 mL/min的流量通入煤样反应器14的反应室中，空气加热煤样，煤样中心温度会缓慢升高。恒温箱11通过控制程序自动跟踪煤样中心温度缓慢升温，恒温箱11温度不高于煤样中心温度，直至煤样煤样中心温度升至71 ℃时试验结束。

c.依次关闭空气管路气体开关阀6、空气管路减压阀4、空气瓶2的阀门，关闭恒温箱11电源，取出煤样反应器14倒出煤样并清理，以备下次使用。

d.结果计算

其中：

V ₇₀——煤样中心温度自69℃升至71℃的升温速率，单位为摄氏度每小时（℃/h）；

T₂ ——采集结束温度，T₂ =71.0 ℃；

T₁ ——采集开始温度，T₁=69.0 ℃；

t ——煤样中心温度自69.0 ℃升至71.0 ℃的时间，单位为小时（h）。

e.煤炭自燃倾向性分类指标

综合考虑煤样在低温缓慢氧化阶段温升速率，对煤场储煤自燃倾向性进行测定及分类，煤场储煤自燃倾向性进行分类指标如表1所示：

表1、煤场储煤自燃倾向性分类指标

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明；而且，本发明各部分所取的名称也可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。

Claims (6)

1.一种模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置，其特征在于：包括空气瓶、空气管路减压阀、空气管路气体开关阀、空气管路质量流量计、恒温箱、气体预热器、煤样反应器、一号温度计、二号温度计、数据采集器和计算机；恒温箱中设有恒温室，煤样反应器和气体预热器安装在恒温室中；煤样反应器包括进气孔、出气孔、增压装置和反应室；进气孔和出气孔均与反应室连通；增压装置和反应室连接；空气瓶、空气管路减压阀、空气管路气体开关阀、空气管路质量流量计依次连接构成空气管路，空气管路的出气口与气体预热器的进气口连接；气体预热器的出气口与煤样反应器的进气口连接；一号温度计安装在煤样反应器的反应室中；二号温度计安装在恒温箱的恒温室中；一号温度计和二号温度计均与数据采集器连接；数据采集器与计算机连接。

2.根据权利要求1所述的模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置，其特征在于：还包括氮气瓶、氮气管路减压阀、氮气管路气体开关阀和氮气管路质量流量计；氮气瓶、氮气管路减压阀、氮气管路气体开关阀、氮气管路质量流量计依次连接构成氮气管路，氮气管路的出气口与气体预热器的进气口连接。

3.根据权利要求2所述的模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置，其特征在于：还包括三通阀，氮气管路的出气口与三通阀的一个进气口连接，空气管路的出气口与三通阀的另一个进气口连接，三通阀的出气口与气体预热器的进气口连接。

4.根据权利要求1所述的模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置，其特征在于：还包括氧气浓度检测仪，煤样反应器的出气口与氧气浓度检测仪连接，氧气浓度检测仪与数据采集器连接。

5.据权利要求1所述的模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置，其特征在于：煤样反应器的进气口上方、出气口下方均设有均匀透气隔网。

6.一种权利要求1-5任一权利要求所述的模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置的测定方法，其特征在于：步骤如下：

a、将新采集煤样去掉已被氧化的表面后破碎到标称最大粒度6mm作为实验煤样，将煤样装入煤样反应器的反应室中，经增压装置加压，以模拟真实煤场堆积下压力；

b、煤样低温缓慢氧化温升速率的测定：设定恒温箱加热目标温度为69 ℃，恒温箱以2℃/min的升温速率使煤样中心温度升温到69 ℃，煤样温度采集频率为2次/min，当煤样中心温度升至69 ℃后，在69 ℃恒温1 h；依次打开空气瓶的阀门、空气管路减压阀和空气管路气体开关阀，空气瓶的空气流出，经过空气管路减压阀减压，再经过空气管路质量流量计对空气流量控制后流入气体预热器，气体预热器对空气进行预热后，控制空气以50 mL/min的流量通入煤样反应器的反应室中，空气加热煤样，煤样中心温度会缓慢升高；恒温箱缓慢升温，但恒温箱温度不高于煤样中心温度，直至煤样中心温度升至71 ℃时试验结束；

c、依次关闭空气管路气体开关阀、空气管路减压阀、空气瓶的阀门，关闭恒温箱电源，取出煤样反应器倒出煤样并清理，以备下次使用；

d、结果计算：

其中：

V ₇₀——煤样中心温度自69℃升至71℃的升温速率，单位为℃/h；

T₂ ——采集结束温度，T₂=71.0 ℃；

T₁——采集开始温度，T₁=69.0 ℃；

t——煤样中心温度自69.0 ℃升至71.0 ℃的时间，单位为小时；

e、煤炭自燃倾向性分类指标：综合考虑煤样在低温缓慢氧化阶段温升速率，对煤场储煤自燃倾向性进行测定及分类；煤场储煤自燃倾向性分类指标如下： V ₇₀＞1.00时为强自燃倾向，0.40≤V ₇₀≤1.00时为中等自燃倾向，V ₇₀＜0.40时为弱自燃倾向。