褐煤干燥提質(zhì)產(chǎn)物自燃特性研究現(xiàn)狀

張凱

摘 要：褐煤是一種燃料，其含水成分非常高，進(jìn)而增加了其運(yùn)輸?shù)某杀荆步档土俗陨淼娜紵?。在褐煤開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，關(guān)鍵技術(shù)在于褐煤的清潔、高效利用，因?yàn)楹置旱挠行紵瘦^低，含水量較大，所以在開(kāi)發(fā)利用的過(guò)程中，傾向于干燥提質(zhì)。褐煤的干燥提質(zhì)產(chǎn)物特性的研究，采用重復(fù)性等方法，對(duì)其中的含水量進(jìn)行分析，確定其產(chǎn)物是否符合自燃條件，所以文章針對(duì)褐煤干燥提質(zhì)產(chǎn)物自燃特性的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：褐煤；干燥；自燃；特征

引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，以及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，當(dāng)前世界上的能源儲(chǔ)量不斷的減少，已經(jīng)出現(xiàn)了能源危機(jī)，為了緩解能源需求，需要實(shí)施節(jié)能環(huán)保、低碳經(jīng)濟(jì)、高效利用、開(kāi)發(fā)新能源等。從當(dāng)前的能源開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，褐煤的儲(chǔ)量非常大，開(kāi)采難度低，但褐煤中的水分含量太大，而且非常容易自燃，因此沒(méi)有得到廣泛的利用。

作為一種新開(kāi)發(fā)能源，褐煤有很大的應(yīng)用空間，從褐煤的形成進(jìn)行分析，褐煤是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，是生物、植物殘骸，在化學(xué)、物理以及生物作用下形成的一種碳?xì)浠衔?，褐煤屬于軟質(zhì)煤，具有含量高、灰度大、密度小、易燃等特點(diǎn)。據(jù)相關(guān)研究顯示，截止到2007年1月，全球的褐煤可以開(kāi)采的儲(chǔ)量大約為1496億噸，而中國(guó)的褐煤可以開(kāi)采儲(chǔ)量為186億噸，占中國(guó)煤炭類(lèi)燃資源開(kāi)采儲(chǔ)量的16.2%[1]。世界上的其他國(guó)家也擁有豐富的褐煤資源，例如美國(guó)、澳大利亞等。

褐煤當(dāng)前的主要用途是燃燒、煉焦、氣化等，在中國(guó)化工用煤、動(dòng)力用煤等中發(fā)揮著重要的作用。文章針對(duì)褐煤干燥提質(zhì)自然特性進(jìn)行研究，從方法重復(fù)性等角度進(jìn)行分析，并對(duì)比文獻(xiàn)中經(jīng)常采用的幾種自燃傾向性測(cè)試方法，將不同煤種、煤樣水分含量的變化的測(cè)試方法進(jìn)行確定。

1 煤的自燃傾向性研究

從當(dāng)前現(xiàn)有的煤的自燃傾向性研究文獻(xiàn)進(jìn)行分析，已經(jīng)形成了大量的自燃傾向性測(cè)試方法，這些測(cè)試方法中，不同程度的涉及到煤自燃過(guò)程中的氧消耗、質(zhì)量變化、溫度、熱量變化以及產(chǎn)物的特性等[2-5]。下面針對(duì)這些方法進(jìn)行介紹分析：

1.1 聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)籃測(cè)試方法[6]：這一種煤的自燃傾向性測(cè)試方法，主要是將裝樣待測(cè)煤樣的容器，放進(jìn)恒溫?zé)峥諝猸h(huán)境中，對(duì)容器中煤樣品溫度、環(huán)境溫度進(jìn)行記錄，依次進(jìn)行煤樣品的更換以及環(huán)境溫度的升高，進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，直到煤樣自燃，確定煤樣自燃時(shí)的溫度、以及自燃時(shí)間。這種測(cè)試方法，與煤的真實(shí)自燃情況相近，但其不足為在于花費(fèi)的試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，且為試探性試驗(yàn)，所以工作量非常大。

1.2 交叉點(diǎn)溫度測(cè)試法[7，8]：該方法是將一定質(zhì)量的煤樣品放入一個(gè)持續(xù)升溫的環(huán)境中，對(duì)煤樣中心溫度、環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行連續(xù)性的記錄。利用煤樣中心溫度與環(huán)境溫度相同時(shí)的交叉點(diǎn)溫度，對(duì)煤樣的自燃傾向性進(jìn)行衡量。這種測(cè)試方法可以清晰的呈現(xiàn)出煤樣的緩慢氧化過(guò)程，還會(huì)因?yàn)檠趸尫诺臒崃浚铀偕郎?，因氧化升溫，使煤樣中心溫度等同于或者是超過(guò)環(huán)境溫度。目前交叉點(diǎn)溫度測(cè)試法，印度、土耳其等國(guó)家，是煤樣自燃傾向性的研究的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法。

1.3 低溫物理吸氧量測(cè)試方法：低溫物理吸氧量測(cè)試方法在上世紀(jì)90年代就已經(jīng)成為中國(guó)煤樣自燃傾向性的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法（GB/T 20104-2006）。該測(cè)試方法是將完全干燥后的煤樣，在流態(tài)化環(huán)境下進(jìn)行充分的氧氣吸附，然后將煤樣放入氮?dú)猸h(huán)境中，將之前吸附的氧氣完全脫附，測(cè)定煤樣吸附氧氣量，將1g干燥煤樣在30℃下的吸氧量作為標(biāo)準(zhǔn)。但是目前有相關(guān)的報(bào)道指出，該種測(cè)試方法的測(cè)試結(jié)果與實(shí)際情況差異較大，例如何啟林[9]將低溫吸氧法與實(shí)際自燃發(fā)火期進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果存在較大的差異，所以他認(rèn)為該種煤樣自燃傾向性測(cè)試方法不合理。再例如仲曉星[10]的低溫物理吸氧法與絕熱氧化法對(duì)比研究，結(jié)果證明該測(cè)試方法下的煤樣氧氣吸附能力，不能用作煤樣自燃傾向性的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)試方法[10]：針對(duì)該種測(cè)試方法的形成，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)做出了大量的試驗(yàn)研究，在交叉點(diǎn)溫度測(cè)試方法的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)試方法，該測(cè)試方法是目前中國(guó)煤樣自燃傾向性測(cè)試的新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該測(cè)試方法的煤樣自燃傾向性衡量指標(biāo)是由交叉點(diǎn)溫度以及煤樣中心溫度達(dá)到70℃時(shí)，煤樣儲(chǔ)存容器中的氧氣濃度共同決定的。該方法充分的考慮了煤樣在低溫下（<70°C）的吸氧特性以及高溫下（>140°C）的自燃現(xiàn)象，所以將其稱(chēng)之為綜合性測(cè)試方法。

1.5 TG-DTA（Thermogravimetry/Differential Thermal Analysis） 測(cè)試方法[11]：煤樣自燃傾向性研究中的這種測(cè)試方法，可以對(duì)煤樣在低溫氧化環(huán)境中，樣品的熱量和重量同時(shí)的測(cè)定。其衡量煤樣自燃傾向性的指標(biāo)為100℃下樣品重量的變化，對(duì)于不完全干燥或者是未干燥的煤樣而言，該溫度下的水分蒸發(fā)量要明顯的高于吸氧量變化，所以該測(cè)試方法的測(cè)定指標(biāo)不能準(zhǔn)確的呈現(xiàn)出煤樣的自燃傾向性。而另一個(gè)指標(biāo)：發(fā)熱開(kāi)始溫度（Tonset），主要是對(duì)煤樣放熱反應(yīng)的難易度進(jìn)行衡量，所以這個(gè)指標(biāo)可以用于煤樣熱穩(wěn)定性的初步評(píng)估[12]。

1.6 C80微量熱方法[13]：該測(cè)試方法中使用到的C80微量熱儀，精度非常高，可以對(duì)高精度熱量進(jìn)行測(cè)量（約幾毫瓦），并將煤樣從室溫至300℃的線性升溫量熱準(zhǔn)確的測(cè)定出。針對(duì)煤樣自燃傾向性的測(cè)試而言，使用的煤樣重量為0.2g，在該方法的測(cè)試下，將煤樣密封于8.5ml的反應(yīng)池中，所以無(wú)法保證煤樣自燃過(guò)程中的氧氣量，所以該測(cè)試方法，只能在樣品低耗氧的過(guò)程中應(yīng)用。

2 煤樣自燃傾向性測(cè)試方法選取研究

本次研究針對(duì)6種不同的煤樣自燃傾向性測(cè)試方法進(jìn)行了對(duì)比研究，主要是為了確定褐煤自燃傾向性的測(cè)定方法。表1是本次研究中各種方法測(cè)試中的相關(guān)元素。

通過(guò)以上6種測(cè)試方法的比較，確定聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)籃法、氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)試法較為合適褐煤自燃傾向性測(cè)試。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜合分析以上內(nèi)容，在褐煤提質(zhì)過(guò)程中的研究已經(jīng)進(jìn)行了很長(zhǎng)的時(shí)間，而且也取得了相應(yīng)的成果。當(dāng)前在褐煤提質(zhì)技術(shù)以及應(yīng)用中，還存在一定的阻礙，而針對(duì)褐煤提質(zhì)后產(chǎn)品的自燃傾向性研究較少，針對(duì)提質(zhì)后褐煤產(chǎn)物中的水含量要求，也缺少明確的指導(dǎo)和標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]Thomas T， Sandro S J， Peter J.Lignite and hard coal： energy suppliers for world needs until the year 2100-an outlook[J]. International Journal of Coal Geology， 2007， 72： 1-14.

[2] Fierro V， Miranda J L， Romero C， et al.Prevention of spontaneous combustion in coal stockpiles[J].Experimental results in coal storage yard. Fuel Processing Technology， 1999， 59： 23-34.

[3] Fei Y， Aziz A A， Nasir S， et al. The spontaneous combustion behavior of some low rank coals and a range of dried products[J].Fuel，2009， 88：1650-1655.

[4] Sahu H B， Mahapatra S S， Panigrahi D C. An empirical approach for classification of coal seams with respect to the spontaneous heating susceptibility of Indian coals[J].International Journal of Coal Geology， 2009，80：175-180.

[5] Rena T X， Edwards J S， Clarke D. Adiabatic oxidation study on the propensity of pulverised coals to spontaneous combustion[J]. Fuel， 1999， 78：1611-1620.

[6] Li X R， Lim W， Iwata Y， et al. Thermal behavior of sewage sludge derived fuels.Thermal Science，2008，12（2）：137-148.

[7]Yang F Q， Wu C， Li Z J. Investigation of the propensity of sulfide concentrates to spontaneous combustion in storage[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2011，24：131-137.

[8]Sujanti W， Zhang D K. A laboratory study of spontaneous combustion of coal： the influence of inorganic matter and reactor size[J].Fuel，1999， 78：549-556.

[9]何啟林.煤低溫氧化性與自燃過(guò)程的實(shí)驗(yàn)及模擬的研究[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，2004.

[10]仲曉星.煤自燃傾向性的氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)試方法研究[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，2008.

[11]Li X R， Koseki H， Momota M. Evaluation of danger from fermentation-induced spontaneous ignition of wood chips[J].Journal of Hazardous Materials，2006，135：15-20.

[12]孫金華，丁輝.化學(xué)物質(zhì)熱危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[M].北京： 科學(xué)出版社，2005.

綜合分析以上內(nèi)容，在褐煤提質(zhì)過(guò)程中的研究已經(jīng)進(jìn)行了很長(zhǎng)的時(shí)間，而且也取得了相應(yīng)的成果。當(dāng)前在褐煤提質(zhì)技術(shù)以及應(yīng)用中，還存在一定的阻礙，而針對(duì)褐煤提質(zhì)后產(chǎn)品的自燃傾向性研究較少，針對(duì)提質(zhì)后褐煤產(chǎn)物中的水含量要求，也缺少明確的指導(dǎo)和標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]Thomas T， Sandro S J， Peter J.Lignite and hard coal： energy suppliers for world needs until the year 2100-an outlook[J]. International Journal of Coal Geology， 2007， 72： 1-14.

[2] Fierro V， Miranda J L， Romero C， et al.Prevention of spontaneous combustion in coal stockpiles[J].Experimental results in coal storage yard. Fuel Processing Technology， 1999， 59： 23-34.

[3] Fei Y， Aziz A A， Nasir S， et al. The spontaneous combustion behavior of some low rank coals and a range of dried products[J].Fuel，2009， 88：1650-1655.

[4] Sahu H B， Mahapatra S S， Panigrahi D C. An empirical approach for classification of coal seams with respect to the spontaneous heating susceptibility of Indian coals[J].International Journal of Coal Geology， 2009，80：175-180.

[5] Rena T X， Edwards J S， Clarke D. Adiabatic oxidation study on the propensity of pulverised coals to spontaneous combustion[J]. Fuel， 1999， 78：1611-1620.

[6] Li X R， Lim W， Iwata Y， et al. Thermal behavior of sewage sludge derived fuels.Thermal Science，2008，12（2）：137-148.

[7]Yang F Q， Wu C， Li Z J. Investigation of the propensity of sulfide concentrates to spontaneous combustion in storage[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2011，24：131-137.

[8]Sujanti W， Zhang D K. A laboratory study of spontaneous combustion of coal： the influence of inorganic matter and reactor size[J].Fuel，1999， 78：549-556.

[9]何啟林.煤低溫氧化性與自燃過(guò)程的實(shí)驗(yàn)及模擬的研究[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，2004.

[10]仲曉星.煤自燃傾向性的氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)試方法研究[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，2008.

[11]Li X R， Koseki H， Momota M. Evaluation of danger from fermentation-induced spontaneous ignition of wood chips[J].Journal of Hazardous Materials，2006，135：15-20.

[12]孫金華，丁輝.化學(xué)物質(zhì)熱危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[M].北京： 科學(xué)出版社，2005.

綜合分析以上內(nèi)容，在褐煤提質(zhì)過(guò)程中的研究已經(jīng)進(jìn)行了很長(zhǎng)的時(shí)間，而且也取得了相應(yīng)的成果。當(dāng)前在褐煤提質(zhì)技術(shù)以及應(yīng)用中，還存在一定的阻礙，而針對(duì)褐煤提質(zhì)后產(chǎn)品的自燃傾向性研究較少，針對(duì)提質(zhì)后褐煤產(chǎn)物中的水含量要求，也缺少明確的指導(dǎo)和標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]Thomas T， Sandro S J， Peter J.Lignite and hard coal： energy suppliers for world needs until the year 2100-an outlook[J]. International Journal of Coal Geology， 2007， 72： 1-14.

[2] Fierro V， Miranda J L， Romero C， et al.Prevention of spontaneous combustion in coal stockpiles[J].Experimental results in coal storage yard. Fuel Processing Technology， 1999， 59： 23-34.

[3] Fei Y， Aziz A A， Nasir S， et al. The spontaneous combustion behavior of some low rank coals and a range of dried products[J].Fuel，2009， 88：1650-1655.

[4] Sahu H B， Mahapatra S S， Panigrahi D C. An empirical approach for classification of coal seams with respect to the spontaneous heating susceptibility of Indian coals[J].International Journal of Coal Geology， 2009，80：175-180.

[5] Rena T X， Edwards J S， Clarke D. Adiabatic oxidation study on the propensity of pulverised coals to spontaneous combustion[J]. Fuel， 1999， 78：1611-1620.

[6] Li X R， Lim W， Iwata Y， et al. Thermal behavior of sewage sludge derived fuels.Thermal Science，2008，12（2）：137-148.

[7]Yang F Q， Wu C， Li Z J. Investigation of the propensity of sulfide concentrates to spontaneous combustion in storage[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2011，24：131-137.

[8]Sujanti W， Zhang D K. A laboratory study of spontaneous combustion of coal： the influence of inorganic matter and reactor size[J].Fuel，1999， 78：549-556.

[9]何啟林.煤低溫氧化性與自燃過(guò)程的實(shí)驗(yàn)及模擬的研究[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，2004.

[10]仲曉星.煤自燃傾向性的氧化動(dòng)力學(xué)測(cè)試方法研究[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，2008.

[11]Li X R， Koseki H， Momota M. Evaluation of danger from fermentation-induced spontaneous ignition of wood chips[J].Journal of Hazardous Materials，2006，135：15-20.

[12]孫金華，丁輝.化學(xué)物質(zhì)熱危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[M].北京： 科學(xué)出版社，2005.