CN111007099A - 一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法，主要是利用煤粉升温氧化实验系统，测试了高挥发性煤粉在100～140℃温度下，煤粉温度随加热时间的变化规律。通过金属网篮交叉点温度法，结合Frank‑Kammentids理论推导出煤粉自燃临界厚度，为现场的实际应用和煤粉的安全储存提供了理论依据。同时该测试方法具有简单准确，重复性高，耗时短，实验成本低等优点，在本领域具有较强的实用性。
Description
技术领域
本发明属于煤炭加工安全技术领域，特别涉及一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法。
背景技术
煤粉制备系统是指煤炭通过筛选烘干、研磨等物理加工形成微细煤粉的过程，是电力、钢铁、水泥、化工等行业的重要生产环节。但是煤粉是一种易燃易爆的物质，与煤粉着火特性紧密相关的是挥发分质量分数，挥发分越高，化学反应活性高，爆炸的可能性越大。特别是当挥发分大于30％时，必须提高煤粉制备系统的防爆、隔爆性能。
煤粉的粉磨、收集、输送过程均有可能发生燃烧和爆炸，一般主要磨机内部、袋除尘器内部和煤粉仓内，最典型的是布袋收尘器内滤袋着火燃烧，这也都是容易沉积煤粉的地方。因为煤粉本身的流动性较好，粒度细，能够在极小的空隙中流过。若沉积的煤粉长期同空气中的氧接触氧化，就会进行化学放热反应，从而使温度不断升高，加速氧化。一旦散热不良，就会加剧氧化过程，最后使温度达到煤的燃点而引起煤粉的自燃。煤粉自燃不仅会造成设备损坏，影响生产；其自燃过程中会释放出大量的CO等有害气体，造成中毒窒息，严重威胁员工的生命健康。
发明内容
本发明的目的在于提供一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法，包括以下步骤：
步骤1，将200目煤粉样品装进多孔容器中，并放置在试验箱内；
步骤2，利用恒温鼓风干燥箱对容器中煤粉进行加热；
步骤3，依据上述步骤，测定煤粉样品在恒温100～140℃条件下的温度变化规律；
步骤4，根据步骤3中的自热曲线，求得不同恒温条件下的交叉点温度Tp，计算出相应温度内的表观活化能E和QA值；
步骤5：依据步骤4中的E和QA值，计算出不同温度条件下的煤粉自燃临界堆积厚度。
进一步的，步骤2中，设置恒温鼓风干燥箱的温度初始值为23.1℃，间隔10min记录一次煤粉中心和距其径向1cm处的温度，直到恒温箱温度达到140℃停止实验。
进一步的，步骤4中，据以下公式计算出相应温度内的表观活化能E和QA值；
其中Cp为煤粉的比热容，J/(Kg·K)；Q为反应热，J/mol；A为反应频率因子，s-1； E为表观活化能J/mol；Tp为金属网篮交叉点温度，K；R为通用气体常数，取8.314J/(mol·K)。
进一步的，步骤5中，结合以下公式计算出不同温度条件下的煤粉自燃临界堆积厚度：
其中式中Δ为无限大平板的半厚度，m；δc为Frank-Kammentids参数，平板为0.880，立方体为3.663，圆柱体为3.513；Ta为环境温度，K；Tac为临界环境温度，K；ρ为煤样堆积密度，kg/m3；k为热传导系数W/m·K。
进一步的，步骤1中，多孔容器为布袋收尘器布袋材质制成的半径为4cm，高为10cm的圆柱体模型。
进一步的，步骤3中，温度探头为K型热电偶及温度自动记录仪，温度探头埋在煤粉样品中央，在其径向间隔1cm的距离放置同类温度探头；同时固定两个温度探头的位置，保证在试验过程中不会发生偏移。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
煤粉自燃的条件是：充足的氧含量、粉尘浓度和点火能。前面两个因素可以通过仪器监测，但不能消除。点火能可以通过控制明火源或煤粉沉积厚度进行消除。本发明通过对煤粉自燃堆积厚度的计算，可为煤粉制备系统可能发生自燃火灾的区域提供理论依据，提高防治效果，从而保证煤粉安全存储与运输。而且该测试方法具有简单准确，重复性较高，耗时较短，实验成本低等优点，在本领域具有较强的实用性。
附图说明
图1恒温环境温度为110℃的温升曲线；
图2煤粉的-1000/RTp与ln(dT/dt)T＝TP关系图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1和图2，一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法，包括以下步骤：
步骤1，将200目煤粉样品装进多孔容器中，并放置在试验箱内；
步骤2，利用恒温鼓风干燥箱对容器中煤粉进行加热；
步骤3，依据上述步骤，测定煤粉样品在恒温100～140℃条件下的温度变化规律；
步骤4，根据步骤3中的自热曲线，求得不同恒温条件下的交叉点温度Tp，计算出相应温度内的表观活化能E和QA值；
步骤5：依据步骤4中的E和QA值，计算出不同温度条件下的煤粉自燃临界堆积厚度。
步骤2中，设置恒温鼓风干燥箱的温度初始值为23.1℃，间隔10min记录一次煤粉中心和距其径向1cm处的温度，直到恒温箱温度达到140℃停止实验。
步骤4中，据以下公式计算出相应温度内的表观活化能E和QA值；
其中Cp为煤粉的比热容，J/(Kg·K)；Q为反应热，J/mol；A为反应频率因子，s-1； E为表观活化能J/mol；Tp为金属网篮交叉点温度，K；R为通用气体常数，取8.314J/(mol·K)。
步骤5中，结合以下公式计算出不同温度条件下的煤粉自燃临界堆积厚度：
其中式中Δ为无限大平板的半厚度，m；δc为Frank-Kammentids参数，平板为0.880，立方体为3.663，圆柱体为3.513；Ta为环境温度，K；Tac为临界环境温度，K；ρ为煤样堆积密度，kg/m3；k为热传导系数W/m·K。
步骤1中，多孔容器为布袋收尘器布袋材质制成的半径为4cm，高为10cm的圆柱体模型。
步骤3中，温度探头为K型热电偶及温度自动记录仪，温度探头埋在煤粉样品中央，在其径向间隔1cm的距离放置同类温度探头；同时固定两个温度探头的位置，保证在试验过程中不会发生偏移。
实施例：
下面结合实例对本发明作进一步说明。
具体步骤如下：
步骤1：将200目煤粉放置在半径为5cm，高度为10cm的多孔容器内，容器的材质收尘器布袋的材质；
步骤2：样品放置在试验箱后，利用恒温鼓风干燥箱对容器中煤粉进行加热。设置恒温箱的温度初始值为23.1℃，间隔10min记录一次煤粉中心和距其径向1cm处的温度，直到恒温箱温度达到140℃停止实验；
步骤3：依据上述步骤，测定煤粉样品在恒温100～140℃条件下的温度变化规律，并记录不同时间下的温度值；
步骤4：根据步骤3中的自热曲线，求得不同恒温条件下的交叉点温度Tp，并根据公式(1)计算出相应温度内的表观活化能E和QA值。
步骤5：依据步骤4中的E和QA值，结合公式(2)计算出不同温度条件下的煤粉自燃临界堆积厚度，具体结果见表1。
表1圆柱体仓储形状在不同温度下的煤粉自燃临界厚度
由表1可知，根据煤粉的储存温度，可以确定了在75℃下布袋中煤粉的堆积厚度超过0.2m时极易发生自燃。
Claims (6)
1.一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将200目煤粉样品装进多孔容器中，并放置在试验箱内；
步骤2，利用恒温鼓风干燥箱对容器中煤粉进行加热；
步骤3，依据上述步骤，测定煤粉样品在恒温100～140℃条件下的温度变化规律；
步骤4，根据步骤3中的自热曲线，求得不同恒温条件下的交叉点温度Tp，计算出相应温度内的表观活化能E和QA值；
步骤5：依据步骤4中的E和QA值，计算出不同温度条件下的煤粉自燃临界堆积厚度。
2.根据权利要求1所述的一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法，其特征在于，步骤2中，设置恒温鼓风干燥箱的温度初始值为23.1℃，间隔10min记录一次煤粉中心和距其径向1cm处的温度，直到恒温箱温度达到140℃停止实验。
3.根据权利要求1所述的一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法，其特征在于，步骤4中，据以下公式计算出相应温度内的表观活化能E和QA值；
其中Cp为煤粉的比热容，J/(Kg·K)；Q为反应热，J/mol；A为反应频率因子，s-1；E为表观活化能J/mol；Tp为金属网篮交叉点温度，K；R为通用气体常数，取8.314J/(mol·K)。
4.根据权利要求1所述的一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法，其特征在于，步骤5中，结合以下公式计算出不同温度条件下的煤粉自燃临界堆积厚度：
其中式中Δ为无限大平板的半厚度，m；δc为Frank-Kammentids参数，平板为0.880，立方体为3.663，圆柱体为3.513；Ta为环境温度，K；Tac为临界环境温度，K；ρ为煤样堆积密度，kg/m3；k为热传导系数W/m·K。
5.根据权利要求1所述的一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法，其特征在于，步骤1中，多孔容器为布袋收尘器布袋材质制成的半径为4cm，高为10cm的圆柱体模型。
6.根据权利要求1所述的一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法，其特征在于，步骤3中，温度探头为K型热电偶及温度自动记录仪，温度探头埋在煤粉样品中央，在其径向间隔1cm的距离放置同类温度探头；同时固定两个温度探头的位置，保证在试验过程中不会发生偏移。
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