基于等转化率法的煤氧化自热动力学参数测试方法
2021-07-15仲晓星曹威虎
仲晓星,候 飞,曹威虎,仲 秋,朱 迪
(1.中国矿业大学 煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏 徐州 221116; 2.中国矿业大学 安全工程学院,江苏 徐州 221116)
在煤炭的开采、运输和储存过程中均有煤自燃发生[1-3],煤自燃不仅影响正常生产作业、烧毁大量煤炭资源,还会产生有毒有害物质甚至诱发瓦斯、煤尘爆炸等热动力灾害[4]。煤自燃研究中,煤的氧化动力学参数是预测煤自燃反应历程[5-6]、临界自燃条件[7-9]以及评价阻化效果[10-11]等的基础。当前测试煤氧化动力学参数的方法有金属网篮法[12]和热分析法[13-14]等,其中热分析法因测试煤样少、重复性好,被众多研究者所关注。当前热分析法可分为单升温速率法和多升温速率2类。刘剑等[14]通过测试煤氧在10 ℃/min升温条件下反应的质量变化,计算得到了煤氧整个反应过程的表观活化能和指前因子;DENG等[13]采用Coats-Redfern法分别得到了5,10,15 ℃/min下1/3焦煤燃烧阶段的表观活化能,并通过曲线拟合确定了燃烧阶段的最概然机理函数为Jander方程;LI等[15]对干燥煤样进行了5 ℃/min下的TGA-DSC测试,根据放热速率与质量比值(q/m)的变化获得了煤低温氧化过程的表观动力学参数;ZHONG等[16]采用q/m法研究了2 ℃/min、不同贫氧条件下煤低温氧化过程中表观活化能和指前因子的变化规律;NAKTIYOK等[17]根据多升温速率下(1.0,2.5,5.0和7.5 ℃/min)测试结果,分别采用KAS法、FWO法、Coats-Redfern法和Master-Plot法计算了煤氧反应的活化能和指前因子;LIU等[18]研究了不同温度下制取的煤焦在5,10,15和20 ℃/min下的氧化过程,采用KAS等转化率法获得了反应活化能和指前因子随转化率的变化关系;邹冲等[19]依据多重升温速率下(15,20,25,35,45 ℃/min)煤氧作用的TG和DSC变化,采用Starink等转化率法得到了不同转化率下的表观活化能。……
