一种煤自燃单纯氧化过程产热特性测试方法技术

本发明专利技术公开了一种煤自燃单纯氧化过程产热特性测试方法，涉及煤自燃技术领域。该测试方法主要包括以下步骤：首先，对实验煤样施加一个恒定的热量流，其次在含氧气氛下对煤样进行实验，获得含氧气氛条件下的温升曲线，并获得此条件下的升温速率；在惰性气氛下进行相同的操作，获得惰性气氛条件下的温升曲线及升温速率；然后利用两种气氛的升温速率差值获得单纯氧化过程的升温速率；将在任意温度条件下获得的单纯氧化升温速率和煤的比热容进行相乘，获得单纯氧化过程的产热速率；最后以产热速率为基础，通过计算获得产热量等热特性参数。本发明专利技术测试方法可以更加准确的了解煤与氧的复合过程，为进一步了解煤自燃过程及发火期的计算提供理论依据。

A test method for the heat production characteristics of coal spontaneous combustion in the simple oxidation process

【技术实现步骤摘要】
一种煤自燃单纯氧化过程产热特性测试方法
本专利技术涉及煤自燃
，特别是涉及一种煤自燃单纯氧化过程产热特性测试方法，主要用于研究煤自燃过程热量变化特征。
技术介绍
煤是世界上的主要能源之一，但是在煤的开采、储存和运输过程中会将煤暴露在空气中，从而与氧发生反应，并释放出热量，如果热量不及时移走，就会造成热量的积累，从而导致煤炭自燃。因此，煤与氧气发生氧化反应，产生热量是发生煤自燃的根本原因，只有详细了解煤自燃过程的产热特性，才能更好的防治煤炭自燃。与产热特性有关的参数主要有产热量，产热速率等指标，它们可以为煤自燃过程产热性提供有价值的见解，从而更有助于理解煤自燃过程。目前主要是利用绝热氧化模拟法对这些指标进行研究。但是绝热氧化有时候由于绝热条件不好，同时煤低温氧化起始阶段产生的热量太小，往往只有几到几十毫瓦/克(mW/g),导致在很多时候并不能使煤体温度上升，或者异常缓慢，造成实验时间较长，甚至给实验带来困难或者失败。此外，多数绝热氧化实验开始前，都需要对煤样在105℃条件下进行长时间烘干，以去除其中的水分对实验产生的影响。但是由于在这个温度条件下，煤中含氧基团容易大量分解，产生大量的新的活性点位，从而促进了煤在低温条件下更容易发生氧化反应，导致了得到的实验数据不能够很好的反应煤本身的低温氧化特性。因此，建立一种能够快速测试、成功率高，尤其是能够反映煤低温氧化本质的热量测试方法是解决上述问题的关键。而最能够反映煤低温氧化本质的是煤中活性基团与氧直接反应产生热量，即单纯氧化路径产热，如果将这部分热量能够进行快速有效的测量，则对人们理解煤低温氧化过程具有非常大的帮助。但是，在煤低温氧化过程中会同时存在放热反应和吸热反应(煤中含氧基团热解和水分蒸发吸热)，而吸热反应会对纯氧化产热途径产生干扰，对了解煤与氧复合过程产生的热量变化以及煤中不同活性基团在热量产生过程中的作用有较大的影响。为了降低这种影响，需要将吸热路径排除或者降低到最低，但是通过现有的方法得到的煤低温氧化过程是一个总包反应，并不能实现单独测试纯氧化路径的目的，因此，建立一种能够测试纯氧化路径放热特性的方法非常有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种煤自燃单纯氧化过程产热特性测试方法，其能解决现有技术中的热量测试方法存在的测试时间长、实验成功率低，且不能够反映煤低温氧化本质的技术问题。其采用了以下技术方案：一种煤自燃单纯氧化过程产热特性测试方法，依次包括以下步骤：a、对选取的实验煤样施加恒定的热量流；b、在含氧气氛下对所述的实验煤样进行实验，获取含氧气氛条件下的温升曲线，然后对所述的含氧气氛条件下的温升曲线求导获取该条件下的升温速率；c、在惰性气氛下对所述的实验煤样进行实验，获取惰性气氛条件下的温升曲线，然后对所述的惰性气氛条件下的温升曲线求导获取该条件下的升温速率；d、步骤b所得含氧气氛条件下的升温速率减去步骤c所得惰性气氛条件下的升温速率，获得单纯氧化过程的升温速率；e、将步骤d获得的单纯氧化过程的升温速率与煤的比热容相乘，获得单纯氧化过程的产热速率；f、以步骤e所述的产热速率为基础，通过计算获取热特性参数。作为本专利技术的一个优选方案，步骤a中，所述的恒定的热量流为0.1℃-10℃，所述的实验煤样位于煤样罐中，通过炉温传感器来监测炉温，通过煤温传感器来监测煤样的温度，通过加热器来提供恒定的热量流。作为本专利技术的另一个优选方案，步骤b中所述的升温速率主要由三部分构成，分别为外环境恒定热流升温速率、纯氧化产热速率及吸热速率，所需氧气的流量范围为每克煤0.5mL/min-5.0mL/min，所述的实验煤样的质量为1g-100g。进一步的，步骤c中所述的升温速率主要由两部分构成，分别为外环境恒定热流升温速率和吸热速率，所需惰性气体的流量与步骤b中所需氧气的流量相同。进一步的，步骤d中，含氧气氛条件下的升温速率与惰性气氛条件下的升温速率是同一温度条件下的。进一步的，单位质量的煤在单纯氧化过程中的产热速率的计算公式为：式(1)中，qp为单位质量的煤在纯氧化路径产热速率，mW/g；和是两条引领曲线的导数，由步骤b或步骤c获得；Cc为煤的比热容，通过实验测试或者理论计算获得。与现有技术相比，本专利技术带来了以下有益技术效果：(1)利用本专利技术测试方法可以排除热解和水分蒸发对低温氧化产热的影响，获得单纯氧化路径的产热特性能够从本质上反应煤自燃的本质。(2)利用外加恒定热流进行实验，保证实验过程具有成功率高、耗时短的特点，同时利用两次相同的实验排除外加恒定热流的影响，从而获得更加真实的能够反映煤自燃本质的热量特征。(3)能够一次性获得多个反映煤低温氧化特征的热量参数。(4)能够快速的获得氧化产热速率，为煤自燃发火期的计算提供核心参数。结合附图阅读本专利技术的具体实施方式后，本专利技术的特点和优点将变得更加清楚。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步说明：图1为本专利技术测试方法所需装置示意图；图2为本专利技术的煤自燃单纯氧化过程建立示意图；图3为本专利技术的煤自燃单纯氧化过程产热特性的测试方法求解单纯氧化过程产热速率图；图4为本专利技术的产热速率求解图；图中：1、炉体，2、加热器，3、炉温传感器，4、煤样罐，5、气体出口，6、实验煤样，7、气体入口，8、煤温传感器。具体实施方式本专利技术提出了一种煤自燃单纯氧化过程产热特性测试方法，为了使本专利技术的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本专利技术做详细说明。如图1所示，本专利技术测试方法所需测试装置，其包括炉体1、加热器2、炉温传感器3、煤样罐4、实验煤样6及煤温传感器8，在煤样罐4上设置有气体入口7和气体出口5，其中，实验煤样放置在煤样罐4中，炉温传感器3来监测炉温，煤温传感器8来监测煤样的温度，所需气体(氧气/惰性气体)从气体入口7进入，并从气体出口5排出。一种煤自燃单纯氧化过程产热特性测试方法，依次包括以下步骤：a、对选取的实验煤样全程施加恒定的热量流；b、在含氧气氛下对所述的实验煤样进行实验，获取含氧气氛条件下的温升曲线，然后对所述的含氧气氛条件下的温升曲线求导获取该条件下的升温速率；c、在惰性气氛下对所述的实验煤样进行实验，获取惰性气氛条件下的温升曲线，然后对所述的惰性气氛条件下的温升曲线求导获取该条件下的升温速率；d、步骤b所得含氧气氛条件下的升温速率减去步骤c所得惰性气氛条件下的升温速率，获得单纯氧化过程的升温速率，如图2和3所示；e、将步骤d获得的单纯氧化过程的升温速率与煤的比热容相乘，获得单纯氧化过程的产热速率，如图4所示；f、以步骤e所述的产热速率为基础，通过计算获取热特性参数。上述恒定的热量流为0.1℃-10℃，实验煤样位于煤样罐中，通过炉温传感器来监测炉温，通过煤温传感器来监测煤样的温度，通过加热器来提供恒定的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤自燃单纯氧化过程产热特性测试方法，其特征在于：依次包括以下步骤：/na、对选取的实验煤样施加恒定的热量流；/nb、在含氧气氛下对所述的实验煤样进行实验，获取含氧气氛条件下的煤样温升曲线，然后对所述的含氧气氛条件下的温升曲线求导获取该条件下的升温速率；/nc、在惰性气氛下对所述的实验煤样进行实验，获取惰性气氛条件下的煤样温升曲线，然后对所述的惰性气氛条件下的温升曲线求导获取该条件下的升温速率；/nd、步骤b所得含氧气氛条件下的升温速率减去步骤c所得惰性气氛条件下的升温速率，获得单纯氧化过程的升温速率；/ne、将步骤d获得的单纯氧化过程的升温速率与煤的比热容相乘，获得单纯氧化过程的产热速率；/nf、以步骤e所述的产热速率为基础，通过计算获取热特性参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤自燃单纯氧化过程产热特性测试方法，其特征在于：依次包括以下步骤：
a、对选取的实验煤样施加恒定的热量流；
b、在含氧气氛下对所述的实验煤样进行实验，获取含氧气氛条件下的煤样温升曲线，然后对所述的含氧气氛条件下的温升曲线求导获取该条件下的升温速率；
c、在惰性气氛下对所述的实验煤样进行实验，获取惰性气氛条件下的煤样温升曲线，然后对所述的惰性气氛条件下的温升曲线求导获取该条件下的升温速率；
d、步骤b所得含氧气氛条件下的升温速率减去步骤c所得惰性气氛条件下的升温速率，获得单纯氧化过程的升温速率；
e、将步骤d获得的单纯氧化过程的升温速率与煤的比热容相乘，获得单纯氧化过程的产热速率；
f、以步骤e所述的产热速率为基础，通过计算获取热特性参数。


2.根据权利要求1所述的一种煤自燃单纯氧化过程产热特性测试方法，其特征在于：步骤a中，所述的恒定的热量流为0.1℃-10℃，所述的实验煤样位于煤样罐中，通过炉温传感器来监测炉温，通过煤温传感器来监测煤样的温度，通过加热器来提供恒定的热量流。


3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金亮，陆伟，徐帅，孔彪，贺正龙，亓冠圣，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37