一种快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统与方法技术方案

本申请公开了一种快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统与方法。该系统包括设置于同一个程序升温炉内的两个煤样罐，每个煤样罐内置入等量的相同煤样，由空气产生模块和氮气产生模块分别向各自对应的煤样罐输入气流量一致的氧气和氮气，最终根据气相色谱仪所分析的第一煤样罐的尾气分析结果，建立放热量与温度的关系，结合两个模块的温差和两个模块对应煤温下的放热量差，计算确定不同阶段的升温速率和升温所需时间，经过累加计算出煤样的绝热自然发火期。自然发火期。自然发火期。

【技术实现步骤摘要】
一种快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统与方法


[0001]本申请涉及煤炭能源研究
，特别涉及一种快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统与方法。

技术介绍

[0002]煤在常温下会吸收空气中的氧气，发生低温氧化，释放微量的热量和初级氧化产物；在导热不良的情况下，热量聚积，温度上升，会促进低温氧化作用的进程；当温度超过煤的燃点时，即会最终导致自然发火。煤层自然发火期指的是，在开采过程中暴露的煤炭，从接触空气到发生自燃所经历的时间。开采容易自燃和自燃的煤层时，需要根据采取防火措施后的煤层自然发火期确定采区开采期限。因此，快速与准确的测定煤绝热自然发火期在煤矿安全开采、煤炭能源碳排放的降低以及能源自身热值的保护等方面具有重要作用。
[0003]目前可以采用程序升温实验等方法对煤绝热自然发火期进行测定。其中，程序升温方法虽然可以加快煤自燃进程，具有快速测定和获取煤自燃特征的作用，程序升温方法虽然可以加快测试速度，保证了在一定的相对高温环境下煤样不散热，但是该方法需要附加外源性热源，不能真正的反映出煤自燃的真实过程，其测定结果可能出现不准确的情况。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统与方法，其能够改善上述问题。
[0005]本申请的实施例是这样实现的：第一方面，本申请提供一种快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统，其包括：程序升温炉、空气产生模块、氮气产生模块、气相色谱仪、温度传感模块和分析处理装置；所述程序升温炉内设置有第一煤样罐和第二煤样罐，所述程序升温炉用于为所述第一煤样罐和所述第二煤样罐加热；所述空气产生模块通过第一送气管道与所述第一煤样罐连通，所述氮气产生模块通过第二送气管道与所述第二煤样罐连通；所述第一送气管道和/或所述第二送气管道上设置有气流量控制装置，所述气流量控制装置用于控制所述第一送气管道和所述第二送气管道的气流量一致；所述第一煤样罐的尾气分别通过管道输送给所述气相色谱仪进行气相色谱分析；所述温度传感模块用于实时分别获取所述第一煤样罐和所述第二煤样罐的温度；所述分析处理装置分别与所述温度传感模块和所述气相色谱仪电连接。
[0006]可以理解，本申请公开了一种快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统，包括设置于同一个程序升温炉内的两个煤样罐，每个煤样罐内置入等量的相同煤样，由空气产生模块和氮气产生模块分别向各自对应的煤样罐输入气流量一致的空气和氮气，最终根据气相色谱仪所分析的第一煤样罐的尾气分析结果，计算出煤样的绝热自然发火期。
[0007]第一煤样罐内空气环境下的煤样自燃升温来自于两种不同的热量源，其一为氧化自燃放热所致的化学加热，其二为炉体及被加热后的气流的物理加热作用。而第二煤样罐内氮气环境下的煤样温度升高便是物理加热所致。因此，第一煤样罐内的煤样温度升高扣除物理加热部分便是氧化所致的化学加热，即煤样在不对外界吸放热条件下的氧化放热，计算绝热自然发火期的关键是确定绝热氧化放热。因此，相比于传统程序升温实验，本申请所公开的快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统，多增加了一个氮气环境的煤样罐，在保证传统程序升温实验的测定速度的同时，可以为实验结果排除附加外源性热源的影响，提高了所测定的煤样绝热自然发火期的准确性。
[0008]在本申请可选的实施例中，所述空气产生模块包括空气压缩机、冷干机和三通球阀；所述空气压缩机的出气端通过管道与所述冷干机的进气端连通，所述冷干机的出气端通过管道与所述三通球阀的进气口连通；所述三通球阀的第一出气口通过所述第一送气管道与所述第一煤样罐连通。
[0009]在本申请可选的实施例中，所述氮气产生模块包括过滤装置和氮气发生器；所述三通球阀的第二出气口通过管道与所述过滤装置的进气端连通，所述过滤装置的出气端与所述氮气发生器的进气口连通，所述氮气发生器的出气口通过所述第二送气管道与所述第二煤样罐连通。
[0010]可以理解，开始实验即开启空气压缩机和氮气发生器，并通过三通球阀控制空气和氮气的分流，再通过设置于第一送气管道和/或第二送气管道上的气流量控制装置保证输入各个煤样罐内的氮气和空气的气流量一致。
[0011]在本申请可选的实施例中，所述气流量控制装置包括气体流量计和球阀。
[0012]在本申请可选的实施例中，所述分析处理装置还包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行第二方面任一项所述的方法。
[0013]第二方面，本申请提供一种快速确定煤绝热自然发火期的对照实验方法，该方法应用于第一方面任一项所述的快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统，其包括：向所述第一煤样罐和所述第二煤样罐内分别置入等量的相同煤样；开启所述空气产生模块向所述第一煤样罐输送空气，开启所述氮气产生模块向所述第二煤样罐输送空气，通过所述气流量控制装置控制输入空气和输入氮气的气流量一致；通过所述程序升温炉按照预设升温速度为所述第一煤样罐和所述第二煤样罐加热；通过所述温度传感模块实时获取所述第一煤样罐和所述第二煤样罐内的煤样温度分别作为第一煤样温度和第二煤样温度；在所述第一煤样温度达到低阈值温度之后且未达到高阈值温度之前，所述第一煤样温度每上升预设温度量，所述分析处理装置获取一次所述气相色谱仪所分析的所述第一煤样罐的尾气分析结果，作为尾气分析结果；所述分析处理装置根据所述尾气分析结果，计算出所述煤样的绝热自然发火期。
[0014]可以理解，本申请公开来了一种快速确定煤绝热自然发火期的对照实验方法，该方法应用于第一方面任一项所述的快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统。相比于传
统程序升温实验，本方法在获取第一煤样罐的尾气分析结果和第一煤样温度的同时，也要获取第二煤样温度，然后通过第二煤样温度为第一煤样罐的尾气分析结果排除附加外源性热源的影响，提高了所测定的煤样绝热自然发火期的准确性。
[0015]在本申请可选的实施例中，所述尾气分析结果包括每次获取的所述第一煤样罐尾气中的氧气浓度；所述根据所述尾气分析结果，计算出所述煤样的绝热自然发火期，包括：根据所述尾气分析结果计算所述煤样的充分氧化放热强度函数；根据所述充分氧化放热强度函数分别计算所述第一煤样温度上升所述预设温度量前后的所述第一煤样罐和所述第二煤样罐内所述煤样的充分氧化放热量，分别作为第一充分氧化放热量和第二充分氧化放热量；计算所述第一充分氧化放热量和所述第二充分氧化放热量之差作为绝热氧化放热量；根据所述绝热氧化放热量计算所述煤样在所述低阈值温度到所述高阈值之间的温度范围内的绝热自然发火期。
[0016]可以理解，通过上述充分氧化放热强度函数计算的第一充分氧化放热量和第二充分氧化放热量，其中该第一充分氧化放热量包含了氧化自燃放热所致的化学加热产生的热量和炉体加热的物理加热产生的热量，该第二充分氧化放热量即为物理加热产生的热量。要对煤样绝热自然发火期准确计算，则需要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统，其特征在于，包括：程序升温炉、空气产生模块、氮气产生模块、气相色谱仪、温度传感模块和分析处理装置；所述程序升温炉内设置有第一煤样罐和第二煤样罐，所述程序升温炉用于为所述第一煤样罐和所述第二煤样罐加热；所述空气产生模块通过第一送气管道与所述第一煤样罐连通，所述氮气产生模块通过第二送气管道与所述第二煤样罐连通；所述第一送气管道和/或所述第二送气管道上设置有气流量控制装置，所述气流量控制装置用于控制所述第一送气管道和所述第二送气管道的气流量一致；所述第一煤样罐的尾气分别通过管道输送给所述气相色谱仪进行气相色谱分析；所述温度传感模块用于实时分别获取所述第一煤样罐和所述第二煤样罐的温度；所述分析处理装置分别与所述温度传感模块和所述气相色谱仪电连接。2.根据权利要求1所述的快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统，其特征在于，所述空气产生模块包括空气压缩机、冷干机和三通球阀；所述空气压缩机的出气端通过管道与所述冷干机的进气端连通，所述冷干机的出气端通过管道与所述三通球阀的进气口连通；所述三通球阀的第一出气口通过所述第一送气管道与所述第一煤样罐连通。3.根据权利要求2所述的快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统，其特征在于，所述氮气产生模块包括过滤装置和氮气发生器；所述三通球阀的第二出气口通过管道与所述过滤装置的进气端连通，所述过滤装置的出气端与所述氮气发生器的进气口连通，所述氮气发生器的出气口通过所述第二送气管道与所述第二煤样罐连通。4.根据权利要求1所述的快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统，其特征在于，所述气流量控制装置包括气体流量计和球阀。5.根据权利要求1所述的快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统，其特征在于，所述分析处理装置还包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令。6.一种快速确定煤绝热自然发火期的对照实验方法，所述方法应用于如权利要求1至5任一项所述的快速确定煤绝热自然发火期的对照实验系统，其特征在于，所述方法包括：向所述第一煤样罐和所述第二煤样罐内分别置入等量的相同煤样；开启所述空气产生模块向所述第一煤样罐输送空气，开启所述氮气产生模块向所述第二煤样罐输送空气，通过所述气流量控制装置控制输入空气和输入氮气的气流量一致；通过所述程序升温炉按照预设升温速度为所述第一煤样罐和所述第二煤样罐加热；通过所述温度传感模块实时获取所述第一煤样罐和所述第二煤样罐内的煤样温度分别作为第一煤样温度和第二煤样温度；在所述第一煤样温度达到低阈值温度之后且未达到高阈值温度之前，所述第一煤样温度每上升预设温度量，所述分析处理装置获取一次所述气相色谱仪所分析的所述第一煤样罐的尾气分析结果作为尾气分析结果；
所述分析处理装置根据所述尾气分析结果，计算出所述煤样的绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：董子文，孙立峰，贾廷贵，仇丹，黄辉，郭胜利，赵尤信，于文惠，耿伟乐，贾新雷，皮子坤，李广利，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：