[发明专利]一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法

说明书

本发明公开了一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法，主要是利用煤粉升温氧化实验系统，测试了高挥发性煤粉在100～140℃温度下，煤粉温度随加热时间的变化规律。通过金属网篮交叉点温度法，结合Frank‑Kammentids理论推导出煤粉自燃临界厚度，为现场的实际应用和煤粉的安全储存提供了理论依据。同时该测试方法具有简单准确，重复性高，耗时短，实验成本低等优点，在本领域具有较强的实用性。

技术领域

本发明属于煤炭加工安全技术领域，特别涉及一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法。

背景技术

煤粉制备系统是指煤炭通过筛选烘干、研磨等物理加工形成微细煤粉的过程，是电力、钢铁、水泥、化工等行业的重要生产环节。但是煤粉是一种易燃易爆的物质，与煤粉着火特性紧密相关的是挥发分质量分数，挥发分越高，化学反应活性高，爆炸的可能性越大。特别是当挥发分大于30％时，必须提高煤粉制备系统的防爆、隔爆性能。

煤粉的粉磨、收集、输送过程均有可能发生燃烧和爆炸，一般主要磨机内部、袋除尘器内部和煤粉仓内，最典型的是布袋收尘器内滤袋着火燃烧，这也都是容易沉积煤粉的地方。因为煤粉本身的流动性较好，粒度细，能够在极小的空隙中流过。若沉积的煤粉长期同空气中的氧接触氧化，就会进行化学放热反应，从而使温度不断升高，加速氧化。一旦散热不良，就会加剧氧化过程，最后使温度达到煤的燃点而引起煤粉的自燃。煤粉自燃不仅会造成设备损坏，影响生产；其自燃过程中会释放出大量的CO等有害气体，造成中毒窒息，严重威胁员工的生命健康。

发明内容

本发明的目的在于提供一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种确定煤粉自燃堆积厚度的试验方法，包括以下步骤：

步骤1，将200目煤粉样品装进多孔容器中，并放置在试验箱内；

步骤2，利用恒温鼓风干燥箱对容器中煤粉进行加热；

步骤3，依据上述步骤，测定煤粉样品在恒温100～140℃条件下的温度变化规律；

步骤4，根据步骤3中的自热曲线，求得不同恒温条件下的交叉点温度Tp，计算出相应温度内的表观活化能E和QA值；

步骤5：依据步骤4中的E和QA值，计算出不同温度条件下的煤粉自燃临界堆积厚度。

进一步的，步骤2中，设置恒温鼓风干燥箱的温度初始值为23.1℃，间隔10min记录一次煤粉中心和距其径向1cm处的温度，直到恒温箱温度达到140℃停止实验。

进一步的，步骤4中，据以下公式计算出相应温度内的表观活化能E和QA值；

其中C_p为煤粉的比热容，J/(Kg·K)；Q为反应热，J/mol；A为反应频率因子，s^-1； E为表观活化能J/mol；T_p为金属网篮交叉点温度，K；R为通用气体常数，取8.314J/(mol·K)。

进一步的，步骤5中，结合以下公式计算出不同温度条件下的煤粉自燃临界堆积厚度：

其中式中Δ为无限大平板的半厚度，m；δ_c为Frank-Kammentids参数，平板为0.880，立方体为3.663，圆柱体为3.513；T_a为环境温度，K；T_ac为临界环境温度，K；ρ为煤样堆积密度，kg/m³；k为热传导系数W/m·K。

进一步的，步骤1中，多孔容器为布袋收尘器布袋材质制成的半径为4cm，高为10cm的圆柱体模型。