一种低煤化程度煤自燃特性的着火活化能分析方法
【专利摘要】本发明涉及一种低煤化程度煤自燃特性的着火活化能分析方法，通过热重实验方法对低煤化程度煤自燃特性的着火活化能进行分析，并将挥发分产率考虑到热重分析方法中，使分析结果能准确反映低煤化程度煤的自燃难易程度。
【专利说明】一种低煤化程度煤自燃特性的着火活化能分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种低煤化程度煤自燃特性的着火活化能分析方法，具体涉及一种基 于热重实验的低煤化程度煤自燃难易判定的着火活化能计算方法，主要用于使用热重实验 方法分析煤自燃难易程度。
【背景技术】
[0002] 煤自燃灾害是煤矿的主要灾害之一，煤炭自燃不仅烧毁了宝贵的资源，产生大量 的C0、C02和S02等有毒有害气体，危害工人的健康和生命，污染环境；还能够诱发瓦斯、煤尘 爆炸事故的发生，是阻碍煤矿安全生产的重大灾害。国内外应用较多的煤自燃倾向性鉴定 方法主要有奥氏法、着火点法、交叉点温度法、差示量热法、静态及动态吸氧法等。自20世 纪70年代起，国内外学者普遍采用热重分析（TGA，Thermo Gravimetric Analysis)方法判 定煤的着火、稳燃及燃尽等特性，通过建立的煤燃烧反应动力学方程确定其动力学参数(反 应活化能E、频率因子A及反应级数n)，并依据动力学参数系统提出了煤的可燃性判别指 数、稳燃性判别指数及燃尽特性指数等指标体系。该方法具有简单、方便、快速的特点，目前 得到了较为广泛的应用。
[0003] 煤样热重分析实验判定煤自燃的方法原理是，根据程序升温条件下煤氧化得到的 TGA曲线，自燃倾向性较高的煤样会在剧烈燃烧之前与氧发生明显的物理化学吸附，产生质 量的增加。在完整的TGA曲线应该出现明显的3个阶段，分别为失水失重阶段、氧化增重阶 段和燃烧失重。失水失重阶段主要是升温条件下煤中水份不断析出，煤样质量持续减少；氧 化增重阶段主要是煤对氧的物理化学吸附使煤样的质量持续增加；燃烧失重阶段主要是发 生剧烈的燃烧反应，产生大量燃烧气体产物，煤样质量迅速减少。以上3个阶段可分别应用 阿累尼乌斯（Arrhenius)公式求出对应的活化能，分别定义为失水活化能、着火活化能和燃 烧活化能。
[0004] 计算过程为每个阶段的活化能应用TGA实验数据，根据煤氧化的反应级数，确定 反应的机理函数。以煤的燃烧反应为一级反应为例，设定反应模型为
【权利要求】
1. 一种低煤化程度煤自燃特性的着火活化能分析方法，其特征在于：其具体包括如下 步骤： 步骤一：利用热重实验方法对煤样进行实验得出热重曲线以及失水结束点温度、着火 点温度； 步骤二：利用热重实验设备对煤样进行工业分析实验，得到失水结束点至着火点温度 范围内的挥发分产率随温度的变化规律，得到相应温度产出挥发分的质量分数Λ W ; 步骤三：将从失水结束点开始每一对应温度煤样的质量分数 加上相应温度产出挥发分的质量分数Λ W，再利用新反应转化率
计算公式（4)计算反应转化率：
(4)； 式中：Wmd -为着火温度时挥发分产率，％ ; Λ W-不同温度时对应所产出挥发分的质量分数，％ ; 将得到的Λ X代入改进的Coats-Redfen积分公式（5)中求出活化能Ε :
(5)； 式中：Λ X-反应转化率，％ ; Ε-活化能KJ/mol ; R-气体常数，KJ/mol · K ; A-指前因子，f ; Τ一反应温度，Κ。
2. 根据权利要求1所述的一种低煤化程度煤自燃特性的着火活化能分析方法，其特征 在于：所述步骤二具体方法为：利用热重实验设备在只通过Ν 2情况下对煤样进行工业分 析，得到挥发分产率，并拟合挥发分产率在失水结束点至着火点温度区间内与温度的关系， 计算Λ w。
【文档编号】G01N5/04GK104142282SQ201410365712
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】郝朝瑜, 赵庆彪, 马念杰, 高会春 申请人:冀中能源集团有限责任公司