煤低温贫氧氧化放热特性研究

发布时间：2021-10-16 20:03

　　煤的氧化放热特性是影响煤自燃的关键因素之一。为研究煤低温贫氧氧化放热特性,采用C80微量热仪,测试了煤在不同氧浓度环境（5%、9%、13%、17%、21%）中250℃以下的氧化放热热流曲线,分析了初始放热温度、放热量,并计算了表观活化能。结果表明:煤低温氧化初始放热温度随着氧浓度的降低呈波动增大的趋势;放热强度、放热量和表观活化能随着氧浓度的降低而降低,且存在临界氧浓度,使低于该氧浓度时,煤低温氧化放热行为受到明显抑制,实验煤样均存在2个临界氧浓度,分别为13%和9%。 

【文章来源】：煤矿安全. 2020,51(11)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

C80微量热测试系统

通过C80微量热仪测得煤氧化过程中的热流曲线。热流值的大小表征了单位时间内的氧化放热量，因此，采用热流值表征煤的氧化放热强度，2种煤不同氧浓度条件下氧化过程中的热流曲线如图2。从图2可以看出，热流曲线在初始阶段首先降低，当达到某一温度后，热流值开始增大。初始阶段热流曲线下降的原因较为复杂，例如水分的蒸发、气体解吸、参比池与样品池充填介质热传导特性之间的差异等。根据煤自燃逐步自活化理论[20]，煤中含有多种官能团，活性高的官能团首先与氧发生反应，活性低的官能团在氧化过程中逐渐被活化后参与反应。因此，随着温度的升高，参与反应的活性官能团数量增多，放热强度增大，表现为热流值升高，且温度越高，热流值越大。氧浓度越低，热流值越低，表明放热强度越低，这是因为氧气供给不足限制了参与反应的活性官能团数量。

Ren等[16]的研究表明，在绝氧条件下，煤氧化热流值稳定在最小值附近，因此将热流最小值点对应的温度定义为初始放热温度。2种煤不同氧浓度环境中的初始放热温度如图3。从图3可以看出，2种煤的初始放热温度整体上随着氧浓度的降低而增大，当氧浓度由21%降低至5%时，煤样A和煤样B的初始放热温度分别增加了18.80%和3.39%。但从初始放热温度的变化过程来看，表现出波动上升的非线性特征。对于煤样A，当氧浓度为17%和9%时，初始放热温度明显增大，而在5%～9%和13%～17%范围内变化不大；对于煤样B，当氧浓度为17%时，初始放热温度反而呈现出降低的趋势，随后随着氧浓度的降低近似线性增大。煤氧化过程中会产生CO、CO2等气体产物，这些气体产物的释放会在氧气向煤体孔隙扩散的过程中形成阻力。贫氧环境中的氧气供给量降低，煤的氧化反应强度减弱，然而，气体产物的产生速率及产生量均降低，导致氧气向煤体孔隙中扩散的阻力降低，有利于氧气向煤体内部的扩散。在综合作用下，煤氧化初始放热温度随氧浓度的降低波动上升。

【参考文献】：
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本文编号：3440417