[發明專利]一種快速確定煤絕熱自然發火期的對照實驗系統與方法

有效

• 申請號: 202111285802.8
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN113960243B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 董子文;孫立峰;賈廷貴;仇丹;黃輝;郭勝利;趙尤信;于文惠;耿偉樂;賈新雷;皮子坤;李廣利
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12;G01N30/06
• 代理公司: 重慶律知誠專利代理事務所(普通合伙) 50281
• 代理人: 殷興旺

1.一種快速確定煤絕熱自然發火期的對照實驗方法，其特征在于，所述方法應用于快速確定煤絕熱自然發火期的對照實驗系統，快速確定煤絕熱自然發火期的對照實驗系統，包括：

程序升溫爐、空氣產生模塊、氮氣產生模塊、氣相色譜儀、溫度傳感模塊和分析處理裝置；

所述程序升溫爐內設置有第一煤樣罐和第二煤樣罐，所述程序升溫爐用于為所述第一煤樣罐和所述第二煤樣罐加熱；

所述空氣產生模塊通過第一送氣管道與所述第一煤樣罐連通，所述氮氣產生模塊通過第二送氣管道與所述第二煤樣罐連通；所述第一送氣管道和/或所述第二送氣管道上設置有氣流量控制裝置，所述氣流量控制裝置用于控制所述第一送氣管道和所述第二送氣管道的氣流量一致；

所述第一煤樣罐的尾氣分別通過管道輸送給所述氣相色譜儀進行氣相色譜分析；

所述溫度傳感模塊用于實時分別獲取所述第一煤樣罐和所述第二煤樣罐的溫度；

所述分析處理裝置分別與所述溫度傳感模塊和所述氣相色譜儀電連接;

快速確定煤絕熱自然發火期的對照實驗方法包括：

向所述第一煤樣罐和所述第二煤樣罐內分別置入等量的相同煤樣；

開啟所述空氣產生模塊向所述第一煤樣罐輸送空氣，開啟所述氮氣產生模塊向所述第二煤樣罐輸送空氣，通過所述氣流量控制裝置控制輸入空氣和輸入氮氣的氣流量一致；

通過所述程序升溫爐按照預設升溫速度為所述第一煤樣罐和所述第二煤樣罐加熱；通過所述溫度傳感模塊實時獲取所述第一煤樣罐和所述第二煤樣罐內的煤樣溫度分別作為第一煤樣溫度和第二煤樣溫度；

在所述第一煤樣溫度達到低閾值溫度之后且未達到高閾值溫度之前，所述第一煤樣溫度每上升預設溫度量，所述分析處理裝置獲取一次所述氣相色譜儀所分析的所述第一煤樣罐的尾氣分析結果作為尾氣分析結果；

所述分析處理裝置根據所述尾氣分析結果，計算出所述煤樣的絕熱自然發火期；

所述尾氣分析結果包括每次獲取的所述第一煤樣罐尾氣中的氧氣濃度；

所述根據所述尾氣分析結果，計算出所述煤樣的絕熱自然發火期，包括：

根據所述尾氣分析結果計算所述煤樣的充分氧化放熱強度函數；

根據所述充分氧化放熱強度函數分別計算所述第一煤樣溫度上升所述預設溫度量前后的所述第一煤樣罐和所述第二煤樣罐內所述煤樣的充分氧化放熱量，分別作為第一充分氧化放熱量和第二充分氧化放熱量；

計算所述第一充分氧化放熱量和所述第二充分氧化放熱量之差作為絕熱氧化放熱量；

根據所述絕熱氧化放熱量計算所述煤樣在所述低閾值溫度到所述高閾值之間的溫度范圍內的絕熱自然發火期；

所述根據所述尾氣分析結果計算所述煤樣的充分氧化放熱強度函數，包括：

根據所述尾氣分析結果計算出所述第一煤樣罐內的耗氧速率；

根據所述耗氧速率計算所述煤樣的充分氧化放熱強度函數；

所述根據所述尾氣分析結果計算出所述第一煤樣罐內的耗氧速率，包括：

通過下式計算標準氧濃度環境中耗氧速度

其中，Q為氣體流量，C₀為標準氧濃度，S為所述煤樣的截面積，z_i和z_i+1為所述煤樣中心軸線方向上任意兩點的高度，C_i和C_i+1分別為z_i和z_i+1高度對應的空氣中的氧氣濃度；

通過下式計算所述第一煤樣罐內的耗氧速率：

其中，C為第一煤樣罐內的氧氣濃度；

所述根據所述耗氧速率計算所述煤樣的充分氧化放熱強度函數，包括：

通過下式計算所述煤樣在標準氧濃度狀態下的CO產生率：

其中，和分別為z_i和z_i+1高度對應空氣中的CO濃度，n為所述煤樣的孔隙率；

通過下式計算所述煤樣在標準氧濃度狀態下的CO₂產生率：

其中，和分別為z_i和z_i+1高度對應空氣中的CO₂濃度；

通過下式計算所述煤樣的充分氧化放熱強度函數：

其中，ΔH^CO為氧化生成CO的平均熱效應，為氧化生成CO₂的平均熱效應，ΔH^CO為319.5kJ/mol，為446.7kJ/mol；

所述根據所述絕熱氧化放熱量計算所述煤樣在所述低閾值溫度到所述高閾值之間的溫度范圍內的絕熱自然發火期，包括：

通過下式計算絕熱氧化升溫速率：

其中，Δq為絕熱氧化放熱量；所述第一煤樣溫度上升所述預設溫度量前，所述第一煤樣溫度為所述第二煤樣溫度為所述第一煤樣溫度上升所述預設溫度量后，所述第一煤樣溫度為所述第二煤樣溫度為為所述煤樣在所述第一煤樣溫度上升所述預設溫度量前的熱容；

通過下式計算每間隔所述預設溫度量所對應的絕熱氧化升溫時間：

其中，ΔT為所述預設溫度量；

通過下式計算所述煤樣在所述低閾值溫度到所述高閾值之間的溫度范圍內的絕熱自然發火期：

其中，Δtⁱ為所述第一煤樣溫度第i次上升所述預設溫度量所對應的所述絕熱氧化升溫時間，t為對應的所述絕熱自然發火期。