空气湿度对煤自燃影响的实验分析范文

《江西电力》2017年第6期

摘要：为测定空气湿度对煤自燃的影响，应用煤自燃程序升温实验，测定温度相同的煤在不同湿度空气下发生氧化反应的各种气体参数，从而研究不同湿度的空气对煤自燃的影响。结果表明，在煤自燃的初期，空气湿度对煤自燃影响不大，但会促进CO2的生成；从整体上来说水蒸气对煤的自燃有一定的抑制作用，但从CO浓度相对比率和两组煤样的温差上来看，水蒸气对煤自燃的影响呈现为从促进到抑制的趋势。

关键词：空气湿度；煤自燃；水蒸气

1引言

煤的自燃影响因素有很多，水分是煤的低温氧化进程中的重要影响因素。目前针对水分对煤自燃影响的研究有很多，通过研究发现，水分促进了过氧化络合物的形成[1],煤中水分对煤自燃起到阻化抑制还是催化触媒作用，应根据具体条件而定[2]。但这些研究是以煤的内在水分为中心，而针对煤所处环境的空气湿度对煤自燃影响的研究还非常少。本文采用了以煤自燃程序升温实验为主体的实验系统，测定了同一温度的煤样在不同湿度空气环境下的各种气体数据，从而研究空气湿度对煤自燃的影响。

2实验部分研究采用的实验系统

包括程序升温装置、空气加湿装置、气路和检验部分构成，在两个直径9.5cm，长25cm的实验炉中，分别装入1.1kg粒径相同煤样，为使通气均匀，上下两端分别留有2cm左右自由空间（采用100目铜丝网托住煤样），然后置于利用可控硅控制温度的程序升温箱内加热，并送入流量均为120ml/min，不同湿度的预热空气，控制升温箱使煤样以20℃/h的速度升温。空气加湿装置是由一个以加湿器为主构成的装置，检验部分由气相色谱仪和温湿度表组成，用气相色谱仪测定不同煤温时炉内的气体成份，温湿度表用来测定加湿后空气的温度和湿度。实验采用赵楼矿煤样。室温为20℃，空气经过加湿装置，相对湿度为95％，即18.2g/m3，另一组空气相对湿度为30％（5.8g/m3）。为研究共性，分别做了粒径分别为<0.9mm和0.9~3mm两组实验。实验温度从20℃升至150℃。

3实验结果及分析

为测定空气湿度对煤自燃的影响，主要从耗氧速率、放热强度和指标气体三个方面进行分析。

3.1空气湿度对煤耗氧速率的影响

通过不同空气湿度下耗氧速度和CO产生量变化可以反映其对煤自燃的影响。

3.2空气湿度对放热强度的影响

由于通入普通空气和加湿空气的两组煤样在同一加热箱内被动加热，实验条件基本相同，故两组煤样在同一时间的温度之差可以反映出放热强度的不同。图3即为通入普通空气的煤样和通入加湿空气的煤样在同一时间的温差随温度变化曲线图，从图中可以看出，在低温阶段，通入湿空气的煤样温度要高一些，证明通入潮湿空气的煤样放热性强一些，但随着温度的升高，通入干燥空气的煤样温度会慢慢高于通入潮湿空气的煤样。可以得出空气湿度对煤自燃的影响表现出先促进后抑制的趋势。

3.3空气湿度对指标气体产生的影响

煤自燃的指标性气体有很多，主要从实验全过程CO产生量、实验初期CO2产生量和CO相对浓度比率3个方面进行分析。在一定温度以上（大约90℃）时，通入加湿空气煤样的CO浓度小一些。可以看出潮湿空气对煤的自燃有一定的抑制作用。两组实验前期CO2浓度随温度变化曲线，在实验初期通入湿空气的一组CO2浓度大于另一组。这是因为羧基（COOH）的反应不同造成的。羧基很活泼，初期低温阶段它的反应主要有脱水成酐

(1)、脱羧成CO2(2)、与临近羟基反应生产酯(3)三种：2RCOOH→RCOOCOR+H2O(1)RCOOH→RH+CO2

(2)RCOOH+R'OH→RCOOR'+H2O

(3)由于实验炉内空气湿度在低温时基本饱和，而反应1和3都会生成水，空气中水蒸汽的存在必然会抑制反应1和3，势必使反应朝着反应2的方向发展，从而造成了CO2释放量增大。用CO相对浓度比率来比较两组煤样CO产生量的不同，相对浓度比率可用下式计算：E=（A-B）/A，%式中：E-CO相对浓度比率，％；A-通入普通空气煤样CO产生量，ppm：B-通入加湿空气煤样CO产生量，ppm。不同粒径煤样CO相对浓度比率随温度变化曲线如图5所示。从图中可以看出两种粒径下CO的相对浓度比率值随温度的变化趋势基本相同。实验初期，空气湿度对煤自燃的影响不大，随着温度的升高到临界温度附近，比率值下降为负，说明在这个温度下水蒸气促进了CO的产生。可以推断水的极性对煤分子的空间结构产生了一定的影响，水的极性极大的削弱了煤空间交联键的结合力，使煤中的交联键更容易断裂，此时湿空气对煤自燃的影响变为促进作用。温度升高到临界温度以上时，煤的桥键开始断裂，反应速度加快。此时比率急剧升高为正，由此可以推断随着反应加剧，煤氧化产生的水分增多，抑制了煤中水分的蒸发，隔绝了煤分子与氧气的接触，从而抑制了煤的氧化反应。此时湿空气对煤自燃的影响由促进变为抑制。

随着温度的继续升高，比率值很快到达顶点（大约100℃）后回落，这是因为随着煤中水分的蒸发，对煤自燃的影响减弱。在干裂温度左右曲线有个小幅提升并逐渐降低。可以推断在干裂温度附近，水对煤中某些侧链基团与氧气的反应呈轻微的促进作用。随着温度的继续升高，反应生成大量的水，使两组实验条件变的相似，从而使比率缓慢降低。从图5中可以得出空气湿度对煤自燃表现出先促进后抑制的趋势，与之前图3表现的相吻合。

4结论

（1）在煤自燃的初期，空气湿度对煤自燃有轻微的促进作用，但影响不大。会促进CO2的生成，这是因为煤中羧基的脱羧反应加大造成的。

（2）水蒸气对煤自燃的全过程有一定的抑制作用，但从CO浓度相对比率和两组煤样的温差上来看，在煤自燃的各个阶段，水蒸气对煤自燃的影响呈现为从促进到抑制的趋势。

参考文献：

［2］梁晓喻,王德明.水分对煤自燃的影响[J].辽宁工程技术大学学报.2003（8）.

［3］徐精彩著.煤自燃危险区域判定理论[M].北京：煤炭工业出版社，2001.

作者：冯晋荣 单位：山西新景矿煤业有限责任公司