關于煤炭自燃特性的分析——煤堆測溫系統(tǒng)

煤炭是中國的基礎能源和重要原料，在國民經濟中占有重要地位。新中國成立以來，特別是改革開放以來，在黨和政府的堅強領導下，經過幾代煤炭人艱苦卓絕的努力，中國煤炭工業(yè)由小到大、由弱到強，從落后的手工開采方式，到建設機械化、現(xiàn)代化的煤炭，有了長足的發(fā)展和進步。中國煤炭產量由1949年的3243萬t，發(fā)展到2010年的32.4億t，61年間總計生產煤炭519.4億t。數(shù)據(jù)表明煤炭在我國的使用量正在逐年增加。

但是關于煤炭的存儲問題正逐漸明朗化，儲煤場的火災事故在頻繁發(fā)生，煤炭的自燃嚴重威脅著煤場的生產安全，給人們的生產生活帶來了安全隱患。為了杜絕此類火災事件的發(fā)生，研究煤炭自燃發(fā)火的早期預測越來越受到人們的重視，因此，分析出煤炭自燃自熱的原理工作是迫在眉睫的。有早期的研究文獻指出：早在17世紀，英國的Plolt和Berzelius提出了黃鐵礦導因說：煤中黃鐵礦的存在是導致自燃的原因，黃鐵礦氧化后會成為三氧化二鐵和三氧化硫，同時伴隨著熱量的放出。在有水分參加的情況下，還可以形成硫酸，硫酸是一種很強的氧化劑，它能加速煤的氧化、促進煤的自燃。但是，并不是說只要煤自燃其中就含有大量黃鐵礦，有些不含或含有少量黃鐵礦的煤也會出現(xiàn)自燃現(xiàn)象。因此，黃鐵礦的學說并沒有得到很大的支持。此后，1927年英國學者Potter，M.c等人又提出了細菌導因說，1940年，前蘇聯(lián)學者B.B.TpoNoB提出煤的自燃是由于煤體內不飽和的酚基化合物強烈吸附空氣中的氧同時放出一定熱量所致。國內外的學者又以煤的吸氧量為依據(jù)，提出了引起煤自燃的煤氧復合理論，此理論得到人們的廣泛接受。

煤體要發(fā)生自燃必須具備低溫氧化性，即有自燃傾向的煤以破碎狀態(tài)存在；還要有大于12%氧含量的空氣通過這些碎煤，空氣流動的速度適中，使破裂的煤體有積聚氧化熱的環(huán)境，在這些條件具備的狀態(tài)下，持續(xù)一定時間便可達到著火點，但是在實際中找出某幾次的煤自燃發(fā)火條件是*相同的是件很困難的事情，這樣一來，就很難對煤炭自燃的條件做出定量的分析。煤的自燃一般經過三個時期：潛伏期、自熱期和燃燒期。潛伏期的長短取決于煤的變質程度和外部條件，自熱期煤的氧化速度增加，不穩(wěn)定的氧化物先后分解出水、二氧化碳和一氧化碳。氧化產生的熱量使煤的溫度升高，待到煤成赤熱狀態(tài)，達到著火溫度以上時便可燃著；燃燒期是煤從低溫氧化發(fā)展成自燃的后一個階段，主要特征是空氣中含氧量顯著減少，二氧化碳數(shù)量倍增，因燃燒不*產生較多的一氧化碳，巷道中出現(xiàn)濃烈的火災氣味和煙霧，有時還出現(xiàn)明火，火源溫度達到1000℃。

此外，煤的自燃還常常伴隨著煤的自熱。煤自熱時發(fā)生的化學反應需要有水的參與，煤中的水分對其氧化速度影響很大，內在水分大的煤其孔隙度大，因而容易被氧化；外在水分高的煤，由于空氣中的氧不易滲透到煤的內部孔隙，因而不易氧化。煤炭自熱發(fā)出的熱量Q自同日照的熱傳遞Q日之和等于煤堆溫度升降變化的熱量同煤堆向外散發(fā)熱Q散之和。煤的自熱自燃是一個復雜的氧化過程，并非在煤與空氣一接觸就發(fā)生，而是要經過相當長的時間之后才能進行。自熱時的化學反應需要有少量水參加，煤質本身對煤自熱敏感性也有顯著的影響。煤的品級表明了煤的變質程度，常用揮發(fā)分含量和含煤量表示。品級低的純煤自熱熱敏感性高，而且，隨著煤的品能升高其自熱敏感性下降。因而，干燥褐煤易自熱而無煙煤幾乎不自熱。

煤層自燃火災危及人員生命，是煤礦的自然災害之一，每場火災發(fā)生輕則影響生產，重則燒毀設備及有用資源，更嚴重的則可能造成人員的傷亡及重大的惡性事故，嚴重地危害著礦井安全與正常持續(xù)生產。煤自燃問題早就成為了煤炭行業(yè)廣為關注并力圖治理的主要災害之一，由以上對煤炭自燃的研究分析得知，要防止煤的自燃就必須要了解煤氧化的程度。筒倉內部的煤是容易自燃的，要做到及早的預防是不容易的，因此，只有研制出能夠實時監(jiān)測筒倉內溫度及氧化出的可燃氣體的濃度的機構，才能夠確保儲煤系統(tǒng)的安全運行。

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