[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

本申請公開了一種快速確定煤絕熱自然發火期的對照實驗系統與方法。該系統包括設置于同一個程序升溫爐內的兩個煤樣罐，每個煤樣罐內置入等量的相同煤樣，由空氣產生模塊和氮氣產生模塊分別向各自對應的煤樣罐輸入氣流量一致的氧氣和氮氣，最終根據氣相色譜儀所分析的第一煤樣罐的尾氣分析結果，建立放熱量與溫度的關系，結合兩個模塊的溫差和兩個模塊對應煤溫下的放熱量差，計算確定不同階段的升溫速率和升溫所需時間，經過累加計算出煤樣的絕熱自然發火期。

技術領域

本申請涉及煤炭能源研究技術領域，特別涉及一種快速確定煤絕熱自然發火期的對照實驗系統與方法。

背景技術

煤在常溫下會吸收空氣中的氧氣，發生低溫氧化，釋放微量的熱量和初級氧化產物；在導熱不良的情況下，熱量聚積，溫度上升，會促進低溫氧化作用的進程；當溫度超過煤的燃點時，即會最終導致自然發火。煤層自然發火期指的是，在開采過程中暴露的煤炭，從接觸空氣到發生自燃所經歷的時間。開采容易自燃和自燃的煤層時，需要根據采取防火措施后的煤層自然發火期確定采區開采期限。因此，快速與準確的測定煤絕熱自然發火期在煤礦安全開采、煤炭能源碳排放的降低以及能源自身熱值的保護等方面具有重要作用。

目前可以采用程序升溫實驗等方法對煤絕熱自然發火期進行測定。其中，程序升溫方法雖然可以加快煤自燃進程，具有快速測定和獲取煤自燃特征的作用，程序升溫方法雖然可以加快測試速度，保證了在一定的相對高溫環境下煤樣不散熱，但是該方法需要附加外源性熱源，不能真正的反映出煤自燃的真實過程，其測定結果可能出現不準確的情況。

發明內容

本申請的目的在于提供一種快速確定煤絕熱自然發火期的對照實驗系統與方法，其能夠改善上述問題。

本申請的實施例是這樣實現的：

第一方面，本申請提供一種快速確定煤絕熱自然發火期的對照實驗系統，其包括：

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。

可以理解，本申請公開了一種快速確定煤絕熱自然發火期的對照實驗系統，包括設置于同一個程序升溫爐內的兩個煤樣罐，每個煤樣罐內置入等量的相同煤樣，由空氣產生模塊和氮氣產生模塊分別向各自對應的煤樣罐輸入氣流量一致的空氣和氮氣，最終根據氣相色譜儀所分析的第一煤樣罐的尾氣分析結果，計算出煤樣的絕熱自然發火期。

第一煤樣罐內空氣環境下的煤樣自燃升溫來自于兩種不同的熱量源，其一為氧化自燃放熱所致的化學加熱，其二為爐體及被加熱后的氣流的物理加熱作用。而第二煤樣罐內氮氣環境下的煤樣溫度升高便是物理加熱所致。因此，第一煤樣罐內的煤樣溫度升高扣除物理加熱部分便是氧化所致的化學加熱，即煤樣在不對外界吸放熱條件下的氧化放熱，計算絕熱自然發火期的關鍵是確定絕熱氧化放熱。因此，相比于傳統程序升溫實驗，本申請所公開的快速確定煤絕熱自然發火期的對照實驗系統，多增加了一個氮氣環境的煤樣罐，在保證傳統程序升溫實驗的測定速度的同時，可以為實驗結果排除附加外源性熱源的影響，提高了所測定的煤樣絕熱自然發火期的準確性。