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《江西電力》2017年第6期

摘要：為測定空氣濕度對煤自燃的影響，應用煤自燃程序升溫實驗，測定溫度相同的煤在不同濕度空氣下發生氧化反應的各種氣體參數，從而研究不同濕度的空氣對煤自燃的影響。結果表明，在煤自燃的初期，空氣濕度對煤自燃影響不大，但會促進CO2的生成；從整體上來說水蒸氣對煤的自燃有一定的抑制作用，但從CO濃度相對比率和兩組煤樣的溫差上來看，水蒸氣對煤自燃的影響呈現為從促進到抑制的趨勢。

關鍵詞：空氣濕度；煤自燃；水蒸氣

1引言

煤的自燃影響因素有很多，水分是煤的低溫氧化進程中的重要影響因素。目前針對水分對煤自燃影響的研究有很多，通過研究發現，水分促進了過氧化絡合物的形成[1],煤中水分對煤自燃起到阻化抑制還是催化觸媒作用，應根據具體條件而定[2]。但這些研究是以煤的內在水分為中心，而針對煤所處環境的空氣濕度對煤自燃影響的研究還非常少。本文采用了以煤自燃程序升溫實驗為主體的實驗系統，測定了同一溫度的煤樣在不同濕度空氣環境下的各種氣體數據，從而研究空氣濕度對煤自燃的影響。

2實驗部分研究采用的實驗系統

包括程序升溫裝置、空氣加濕裝置、氣路和檢驗部分構成，在兩個直徑9.5cm，長25cm的實驗爐中，分別裝入1.1kg粒徑相同煤樣，為使通氣均勻，上下兩端分別留有2cm左右自由空間（采用100目銅絲網托住煤樣），然后置于利用可控硅控制溫度的程序升溫箱內加熱，并送入流量均為120ml/min，不同濕度的預熱空氣，控制升溫箱使煤樣以20℃/h的速度升溫。空氣加濕裝置是由一個以加濕器為主構成的裝置，檢驗部分由氣相色譜儀和溫濕度表組成，用氣相色譜儀測定不同煤溫時爐內的氣體成份，溫濕度表用來測定加濕后空氣的溫度和濕度。實驗采用趙樓礦煤樣。室溫為20℃，空氣經過加濕裝置，相對濕度為95％，即18.2g/m3，另一組空氣相對濕度為30％（5.8g/m3）。為研究共性，分別做了粒徑分別為<0.9mm和0.9~3mm兩組實驗。實驗溫度從20℃升至150℃。

3實驗結果及分析

為測定空氣濕度對煤自燃的影響，主要從耗氧速率、放熱強度和指標氣體三個方面進行分析。

3.1空氣濕度對煤耗氧速率的影響

通過不同空氣濕度下耗氧速度和CO產生量變化可以反映其對煤自燃的影響。

3.2空氣濕度對放熱強度的影響

由于通入普通空氣和加濕空氣的兩組煤樣在同一加熱箱內被動加熱，實驗條件基本相同，故兩組煤樣在同一時間的溫度之差可以反映出放熱強度的不同。圖3即為通入普通空氣的煤樣和通入加濕空氣的煤樣在同一時間的溫差隨溫度變化曲線圖，從圖中可以看出，在低溫階段，通入濕空氣的煤樣溫度要高一些，證明通入潮濕空氣的煤樣放熱性強一些，但隨著溫度的升高，通入干燥空氣的煤樣溫度會慢慢高于通入潮濕空氣的煤樣。可以得出空氣濕度對煤自燃的影響表現出先促進后抑制的趨勢。

3.3空氣濕度對指標氣體產生的影響

煤自燃的指標性氣體有很多，主要從實驗全過程CO產生量、實驗初期CO2產生量和CO相對濃度比率3個方面進行分析。在一定溫度以上（大約90℃）時，通入加濕空氣煤樣的CO濃度小一些。可以看出潮濕空氣對煤的自燃有一定的抑制作用。兩組實驗前期CO2濃度隨溫度變化曲線，在實驗初期通入濕空氣的一組CO2濃度大于另一組。這是因為羧基（COOH）的反應不同造成的。羧基很活潑，初期低溫階段它的反應主要有脫水成酐

(1)、脫羧成CO2(2)、與臨近羥基反應生產酯(3)三種：2RCOOH→RCOOCOR+H2O(1)RCOOH→RH+CO2

(2)RCOOH+R'OH→RCOOR'+H2O

(3)由于實驗爐內空氣濕度在低溫時基本飽和，而反應1和3都會生成水，空氣中水蒸汽的存在必然會抑制反應1和3，勢必使反應朝著反應2的方向發展，從而造成了CO2釋放量增大。用CO相對濃度比率來比較兩組煤樣CO產生量的不同，相對濃度比率可用下式計算：E=（A-B）/A，%式中：E-CO相對濃度比率，％；A-通入普通空氣煤樣CO產生量，ppm：B-通入加濕空氣煤樣CO產生量，ppm。不同粒徑煤樣CO相對濃度比率隨溫度變化曲線如圖5所示。從圖中可以看出兩種粒徑下CO的相對濃度比率值隨溫度的變化趨勢基本相同。實驗初期，空氣濕度對煤自燃的影響不大，隨著溫度的升高到臨界溫度附近，比率值下降為負，說明在這個溫度下水蒸氣促進了CO的產生。可以推斷水的極性對煤分子的空間結構產生了一定的影響，水的極性極大的削弱了煤空間交聯鍵的結合力，使煤中的交聯鍵更容易斷裂，此時濕空氣對煤自燃的影響變為促進作用。溫度升高到臨界溫度以上時，煤的橋鍵開始斷裂，反應速度加快。此時比率急劇升高為正，由此可以推斷隨著反應加劇，煤氧化產生的水分增多，抑制了煤中水分的蒸發，隔絕了煤分子與氧氣的接觸，從而抑制了煤的氧化反應。此時濕空氣對煤自燃的影響由促進變為抑制。

隨著溫度的繼續升高，比率值很快到達頂點（大約100℃）后回落，這是因為隨著煤中水分的蒸發，對煤自燃的影響減弱。在干裂溫度左右曲線有個小幅提升并逐漸降低。可以推斷在干裂溫度附近，水對煤中某些側鏈基團與氧氣的反應呈輕微的促進作用。隨著溫度的繼續升高，反應生成大量的水，使兩組實驗條件變的相似，從而使比率緩慢降低。從圖5中可以得出空氣濕度對煤自燃表現出先促進后抑制的趨勢，與之前圖3表現的相吻合。

4結論

（1）在煤自燃的初期，空氣濕度對煤自燃有輕微的促進作用，但影響不大。會促進CO2的生成，這是因為煤中羧基的脫羧反應加大造成的。

（2）水蒸氣對煤自燃的全過程有一定的抑制作用，但從CO濃度相對比率和兩組煤樣的溫差上來看，在煤自燃的各個階段，水蒸氣對煤自燃的影響呈現為從促進到抑制的趨勢。

參考文獻：

［2］梁曉喻,王德明.水分對煤自燃的影響[J].遼寧工程技術大學學報.2003（8）.

［3］徐精彩著.煤自燃危險區域判定理論[M].北京：煤炭工業出版社，2001.

作者：馮晉榮 單位：山西新景礦煤業有限責任公司