[发明专利]一种煤易自燃临界水分的确定方法

权利要求书

1.一种测定煤易自燃临界水分的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

步骤一、建立基于CO的煤临界温度计算模型，所述模型如式(1)所示：

式中：C_out为煤样罐出口的CO浓度，10^-6；E为活化能，J/mol；R为气体常数，8.314J/(mol·K)；T_i为绝对温度，K；A为指前因子；S为煤样罐的底面积，m²；L为煤样罐的高度，m；m为煤与1mol O₂反应生成CO的摩尔数；为氧气含量，mol/m³；n为反应级数；k为单位换算系数，22.4×10⁹；v_g为气体流速，m³/s；

当供气流量一定时，ln C_out与1/T_i是一条直线；通过计算拟合曲线斜率-E/R，可求得煤在不同氧化反应阶段的活化能；而活化能发生突变的温度即为煤自燃临界温度；

步骤二、测试煤样自然含水率a与饱和含水率c，确定实验煤样的含水率梯度；

步骤三、将不同粒径的煤样混合封装，向其中加入不同质量的水后，混合均匀，配制得到不同含水率的实验煤样；

步骤四、分析不同含水率煤样自燃氧化过程中CO的变化趋势；

步骤五、lnC_out对1/T曲线的线性好坏由相关系数S来确定，而判断2段曲线的线性好坏由相关系数乘积K＝S₁S₂确定；

步骤六、根据K的极大值初步确定煤自燃临界温度范围，其具体数值由两段曲线的交叉点横坐标1/T倒数确定；

步骤七、画出煤自燃临界温度随含水率的变化曲线，煤自燃临界温度极小值所对应的水分即为煤易自燃临界水分b。

2.根据权利要求1所述的一种测定煤易自燃临界水分的方法，其特征在于：步骤一中所述的建立基于CO的煤临界温度计算模型，其具体步骤如下：

煤氧复合反应模式如式(2)所示：

coal+O₂→mCO+gCO₂+其它产物 (2)

由反应速率公式知，在任意温度条件下，气体产物CO与耗氧速率之间的反应速率如式(3)所示：

式(3)中，v(CO)为CO的产生速率，mol/(m³·s)；m为煤与1mol O₂反应生成CO的摩尔数；v(O₂)为耗氧速率，mol/(m³·s)；k为化学反应速度常数；为氧气含量，mol/m³；n为反应级数；

由阿伦尼乌斯方程知：

k＝Aexp(-E/RT_i) (4)

式(4)中，A为指前因子；T_i为绝对温度，K；E为活化能，J/mol；R为气体常数，8.314J/(mol·K)；

将式(4)代入(3)得：

在模拟煤氧化过程中，假设：①反应前后煤样质量不变；②煤氧反应时氧气的初始反应浓度不变；③风流仅沿煤样罐的轴向流动；④煤样罐内煤温均匀，则沿煤样罐轴向dz煤样的CO标准生成速率为：

Sv(CO)dz＝kv_gdc (6)

式(6)中：S为煤样罐的底面积，m²；k为单位换算系数，22.4×10⁹；V_g为气体流速，m³/s；c为煤氧化反应过程中CO产生量，10^-6；

将式(5)带入式(6)得：

对式(7)两端积分得：

式(8)中，L为煤样罐的高度，m；C_out为煤样罐出口的CO浓度；

对式(8)两边取自然对数得：

3.根据权利要求2所述的一种测定煤易自燃临界水分的方法，其特征在于：

步骤二中，在实验室利用实验的方法测试煤自然含水率与饱和含水率，依照《GB/T212-2008煤的工业分析方法》采用通氮干燥法。