一種低煤化程度煤自燃特性的著火活化能分析方法
【專利摘要】本發明涉及一種低煤化程度煤自燃特性的著火活化能分析方法，通過熱重實驗方法對低煤化程度煤自燃特性的著火活化能進行分析，并將揮發分產率考慮到熱重分析方法中，使分析結果能準確反映低煤化程度煤的自燃難易程度。
【專利說明】一種低煤化程度煤自燃特性的著火活化能分析方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種低煤化程度煤自燃特性的著火活化能分析方法，具體涉及一種基 于熱重實驗的低煤化程度煤自燃難易判定的著火活化能計算方法，主要用于使用熱重實驗 方法分析煤自燃難易程度。

【背景技術】
[0002] 煤自燃災害是煤礦的主要災害之一，煤炭自燃不僅燒毀了寶貴的資源，產生大量 的C0、C02和S02等有毒有害氣體，危害工人的健康和生命，污染環境；還能夠誘發瓦斯、煤塵 爆炸事故的發生，是阻礙煤礦安全生產的重大災害。國內外應用較多的煤自燃傾向性鑒定 方法主要有奧氏法、著火點法、交叉點溫度法、差示量熱法、靜態及動態吸氧法等。自20世 紀70年代起，國內外學者普遍采用熱重分析（TGA，Thermo Gravimetric Analysis)方法判 定煤的著火、穩燃及燃盡等特性，通過建立的煤燃燒反應動力學方程確定其動力學參數(反 應活化能E、頻率因子A及反應級數n)，并依據動力學參數系統提出了煤的可燃性判別指 數、穩燃性判別指數及燃盡特性指數等指標體系。該方法具有簡單、方便、快速的特點，目前 得到了較為廣泛的應用。
[0003] 煤樣熱重分析實驗判定煤自燃的方法原理是，根據程序升溫條件下煤氧化得到的 TGA曲線，自燃傾向性較高的煤樣會在劇烈燃燒之前與氧發生明顯的物理化學吸附，產生質 量的增加。在完整的TGA曲線應該出現明顯的3個階段，分別為失水失重階段、氧化增重階 段和燃燒失重。失水失重階段主要是升溫條件下煤中水份不斷析出，煤樣質量持續減少；氧 化增重階段主要是煤對氧的物理化學吸附使煤樣的質量持續增加；燃燒失重階段主要是發 生劇烈的燃燒反應，產生大量燃燒氣體產物，煤樣質量迅速減少。以上3個階段可分別應用 阿累尼烏斯（Arrhenius)公式求出對應的活化能，分別定義為失水活化能、著火活化能和燃 燒活化能。
[0004] 計算過程為每個階段的活化能應用TGA實驗數據，根據煤氧化的反應級數，確定 反應的機理函數。以煤的燃燒反應為一級反應為例，設定反應模型為

【權利要求】
1. 一種低煤化程度煤自燃特性的著火活化能分析方法，其特征在于：其具體包括如下 步驟： 步驟一：利用熱重實驗方法對煤樣進行實驗得出熱重曲線以及失水結束點溫度、著火 點溫度； 步驟二：利用熱重實驗設備對煤樣進行工業分析實驗，得到失水結束點至著火點溫度 范圍內的揮發分產率隨溫度的變化規律，得到相應溫度產出揮發分的質量分數Λ W ; 步驟三：將從失水結束點開始每一對應溫度煤樣的質量分數 加上相應溫度產出揮發分的質量分數Λ W，再利用新反應轉化率
計算公式（4)計算反應轉化率：
(4)； 式中：Wmd -為著火溫度時揮發分產率，％ ; Λ W-不同溫度時對應所產出揮發分的質量分數，％ ; 將得到的Λ X代入改進的Coats-Redfen積分公式（5)中求出活化能Ε :
(5)； 式中：Λ X-反應轉化率，％ ; Ε-活化能KJ/mol ; R-氣體常數，KJ/mol · K ; A-指前因子，f ; Τ一反應溫度，Κ。
2. 根據權利要求1所述的一種低煤化程度煤自燃特性的著火活化能分析方法，其特征 在于：所述步驟二具體方法為：利用熱重實驗設備在只通過Ν 2情況下對煤樣進行工業分 析，得到揮發分產率，并擬合揮發分產率在失水結束點至著火點溫度區間內與溫度的關系， 計算Λ w。
【文檔編號】G01N5/04GK104142282SQ201410365712
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】郝朝瑜, 趙慶彪, 馬念杰, 高會春 申請人:冀中能源集團有限責任公司