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煤炭自燃原理分析——煤堆測(cè)溫系統(tǒng)

更新時(shí)間:2016-11-27      瀏覽次數(shù):1238

煤炭自燃原理分析——煤堆測(cè)溫系統(tǒng)

 

自燃,顧名思義就是自發(fā)燃燒,煤自燃就是煤不經(jīng)點(diǎn)燃而自行著火的現(xiàn)象。直到目前為止,人們對(duì)煤的自燃做出了很多研究,先后提出了黃鐵礦導(dǎo)因說(shuō)、細(xì)菌導(dǎo)因說(shuō)、酚基導(dǎo)因說(shuō)、煤氧復(fù)合學(xué)說(shuō)、自由基作用學(xué)說(shuō)、氫原子作用學(xué)說(shuō)、電化學(xué)作用學(xué)說(shuō)、基團(tuán)作用理論等多種煤自燃理論。但是由于煤的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,對(duì)煤自燃的原因、機(jī)理和反應(yīng)歷程仍然沒(méi)有研究透徹。目前被人們廣泛接受的煤氧復(fù)合理論認(rèn)為,煤自燃的主要原因是低溫下煤與空氣中的氧相互作用,導(dǎo)致煤緩慢氧化并釋放熱量,當(dāng)煤所積聚的熱量無(wú)法向四周擴(kuò)散時(shí),或者熱量保存在煤堆中時(shí),熱量逐漸積累使煤溫不斷上升至著火點(diǎn),終引發(fā)自燃。煤炭之所以會(huì)燃燒,是因?yàn)槊禾看嬖趦?nèi)在的自燃性,也就是關(guān)于煤炭自燃難易程度的本質(zhì)屬性。

煤是否容易自燃存在根本因素,那就是是煤大分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)活性。一般認(rèn)為,煤的芳香結(jié)構(gòu)的聚合度越高,它的化學(xué)穩(wěn)定性也越高,對(duì)氧化的抵抗力也越大,自燃的傾向性也越小。其中,煤和空氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)是煤自燃的根本原因,水分和硫分等其他因素均為促使煤堆自燃發(fā)火的誘因。

近年來(lái),儲(chǔ)煤筒倉(cāng)中煤炭自燃引起的火災(zāi)事故嚴(yán)重威脅著工作人員的生命安全,筒倉(cāng)爆炸、燒毀設(shè)備等一系列不安全的事故使人們的生產(chǎn)、生活不能正常繼續(xù)。為此,關(guān)注煤的自燃問(wèn)題也成為了煤炭行業(yè)的緊急要?jiǎng)?wù)。煤中含有的C、H等元素在常溫下就可以發(fā)生反應(yīng),生成可燃物CO、CH4 及其他烷烴類(lèi)物質(zhì)。煤的氧化屬于放熱反應(yīng),若筒倉(cāng)內(nèi)的熱量不能及時(shí)被釋放掉,將會(huì)導(dǎo)致堆煤的溫度升高,反過(guò)來(lái)就會(huì)加速煤的氧化,放出更多的可燃質(zhì)和熱量。當(dāng)熱量聚集,溫度上升到一定值時(shí),即會(huì)引起可燃物質(zhì)燃燒而自燃。另外堆煤發(fā)生自燃要同時(shí)具備以下四個(gè)條件。

1)自燃傾向性  自燃傾向性是煤的一種自然屬性,反映了煤的變質(zhì)程度,水分、灰分、含硫量、粒度、孔隙度、導(dǎo)熱性是煤自燃的基本條件。煤在常溫下的氧化能力主要取決于揮發(fā)分的含量,揮發(fā)分含量越高,自燃傾向性越強(qiáng),而且自燃時(shí)間也會(huì)相應(yīng)縮短。

2)供氧條件  氧氣的存在是煤發(fā)生自燃的必然條件,堆煤表面暴露于空氣中,與空氣充分接觸,空氣通過(guò)煤塊之間的空隙滲透到煤堆內(nèi)部,給煤堆內(nèi)部的氧化創(chuàng)造了條件。煤的塊度越大,煤塊之間的間隙越大,其供氧條件越好。

3)氧化時(shí)間  煤從氧化發(fā)展到自燃有一個(gè)過(guò)程,低溫階段煤氧化過(guò)程進(jìn)展緩慢,放出的熱量也相對(duì)較少,而且散失掉大部分熱量,只有少部分熱量促使煤溫緩慢升高,氧化時(shí)間達(dá)到自燃發(fā)火期才能自燃。煤炭從開(kāi)始接觸氧氣到自燃,不同的煤種所經(jīng)歷的時(shí)間不一樣,人們把煤炭接觸氧氣到自燃的時(shí)間叫做自燃發(fā)火期。影響自燃發(fā)火期的因素有很多,如煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)、被開(kāi)采破壞后的堆積狀態(tài)參數(shù)、裂隙或空隙度等。

4)儲(chǔ)熱條件  煤在氧化的過(guò)程中放出熱量,如果環(huán)境不利于熱量積聚,煤體就不會(huì)產(chǎn)生明顯的升溫而發(fā)生自燃。而熱量能否積聚主要取決于風(fēng)流速度。風(fēng)速過(guò)小,供氧量不足,煤不易氧化自燃;風(fēng)速過(guò)大,熱量不易積聚,煤氧化升溫過(guò)程難以持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展,也不能發(fā)生自燃。只有當(dāng)放出的熱量大于散發(fā)掉的熱量時(shí),才能使熱量聚積,溫度上升。

煤要發(fā)生自燃上述四個(gè)條件缺一不可。此外,根據(jù)煤堆放的位置以及以往發(fā)生自燃的實(shí)際情況分析,煤堆發(fā)生自燃的部位既不在煤堆的表面,也不在煤堆深部,而是在表層以下的1~4m左右。煤在自然堆積的狀況下,可分為3層,見(jiàn)下圖:

煤堆自然分布剖面圖

1——冷卻層:煤堆的表層,約0.5~1.5m厚,該層煤較松散,有空氣接觸充分,雖發(fā)生氧化反應(yīng),但散熱條件好,所以不會(huì)發(fā)生自燃。

2——氧化層:該層位于冷卻層以下,厚度在1~4m左右,具備自燃的所有條件,達(dá)到自燃發(fā)火期即會(huì)自燃。

3——窒息層:該層位于氧化層以下,煤層相對(duì)壓實(shí),供氧不充分,且含水率較高,氧化程度較低,不易發(fā)生自燃。

煤在自然堆放時(shí),一般中心部位處顆粒較細(xì),越往四周顆粒越粗,相應(yīng)的,從中心往四周,空隙越來(lái)越大,通風(fēng)散熱條件越來(lái)越好,冷卻層和氧化層越來(lái)越厚。自燃一般發(fā)生在氧化層。同時(shí)伴隨著溫度升高、冒熱氣、冒煙等現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)現(xiàn)煤堆上某處釋放熱氣或冒煙,那么自熱或自燃點(diǎn)一定在該部位垂直向下的氧化層內(nèi),因?yàn)槭苊旱淖詿峄蜃匀嫉臒釅鹤饔?,氣體流動(dòng)方向?yàn)榇怪毕蛏戏较颉R坏┠硞€(gè)部位發(fā)生了自燃,也會(huì)改變其上部冷卻層的受熱條件,使冷卻層也自燃。

 總之,影響煤自燃的因素還有很多,煤炭的自燃給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了很多危害,像是給露天礦帶來(lái)了邊坡穩(wěn)定問(wèn)題,增加了日常邊坡管理的難度;給儲(chǔ)煤筒倉(cāng)的運(yùn)行帶來(lái)了不安全的因素;煤自燃所產(chǎn)生的大量有毒、有害氣體很難排除,使現(xiàn)場(chǎng)工作人員的身體受到傷害,而且還污染了環(huán)境。防治煤炭自燃是一項(xiàng)長(zhǎng)期艱巨的任務(wù),只有研發(fā)出先進(jìn)的儲(chǔ)煤筒倉(cāng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備,才能更好地監(jiān)測(cè)煤炭的自燃,才能更好地防止煤炭危險(xiǎn)事故的發(fā)生。

 

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