褐煤干燥提质产物自燃特性研究现状

张凯

摘 要：褐煤是一种燃料，其含水成分非常高，进而增加了其运输的成本，也降低了自身的燃烧效率。在褐煤开发的过程中，关键技术在于褐煤的清洁、高效利用，因为褐煤的有效燃烧率较低，含水量较大，所以在开发利用的过程中，倾向于干燥提质。褐煤的干燥提质产物特性的研究，采用重复性等方法，对其中的含水量进行分析，确定其产物是否符合自燃条件，所以文章针对褐煤干燥提质产物自燃特性的研究现状进行分析。

关键词：褐煤；干燥；自燃；特征

引言

随着社会的进步，以及经济的快速发展，当前世界上的能源储量不断的减少，已经出现了能源危机，为了缓解能源需求，需要实施节能环保、低碳经济、高效利用、开发新能源等。从当前的能源开发现状进行分析，褐煤的储量非常大，开采难度低，但褐煤中的水分含量太大，而且非常容易自燃，因此没有得到广泛的利用。

作为一种新开发能源，褐煤有很大的应用空间，从褐煤的形成进行分析，褐煤是地质作用的产物，是生物、植物残骸，在化学、物理以及生物作用下形成的一种碳氢化合物，褐煤属于软质煤，具有含量高、灰度大、密度小、易燃等特点。据相关研究显示，截止到2007年1月，全球的褐煤可以开采的储量大约为1496亿吨，而中国的褐煤可以开采储量为186亿吨，占中国煤炭类燃资源开采储量的16.2%[1]。世界上的其他国家也拥有丰富的褐煤资源，例如美国、澳大利亚等。

褐煤当前的主要用途是燃烧、炼焦、气化等，在中国化工用煤、动力用煤等中发挥着重要的作用。文章针对褐煤干燥提质自然特性进行研究，从方法重复性等角度进行分析，并对比文献中经常采用的几种自燃倾向性测试方法，将不同煤种、煤样水分含量的变化的测试方法进行确定。

1 煤的自燃倾向性研究

从当前现有的煤的自燃倾向性研究文献进行分析，已经形成了大量的自燃倾向性测试方法，这些测试方法中，不同程度的涉及到煤自燃过程中的氧消耗、质量变化、温度、热量变化以及产物的特性等[2-5]。下面针对这些方法进行介绍分析：

1.1 联合国标准篮测试方法[6]：这一种煤的自燃倾向性测试方法，主要是将装样待测煤样的容器，放进恒温热空气环境中，对容器中煤样品温度、环境温度进行记录，依次进行煤样品的更换以及环境温度的升高，进行重复性试验，直到煤样自燃，确定煤样自燃时的温度、以及自燃时间。这种测试方法，与煤的真实自燃情况相近，但其不足为在于花费的试验时间较长，且为试探性试验，所以工作量非常大。

1.2 交叉点温度测试法[7，8]：该方法是将一定质量的煤样品放入一个持续升温的环境中，对煤样中心温度、环境问题进行连续性的记录。利用煤样中心温度与环境温度相同时的交叉点温度，对煤样的自燃倾向性进行衡量。这种测试方法可以清晰的呈现出煤样的缓慢氧化过程，还会因为氧化释放的热量，加速升温，因氧化升温，使煤样中心温度等同于或者是超过环境温度。目前交叉点温度测试法，印度、土耳其等国家，是煤样自燃倾向性的研究的国家标准测试方法。

1.3 低温物理吸氧量测试方法：低温物理吸氧量测试方法在上世纪90年代就已经成为中国煤样自燃倾向性的国家标准测试方法（GB/T 20104-2006）。该测试方法是将完全干燥后的煤样，在流态化环境下进行充分的氧气吸附，然后将煤样放入氮气环境中，将之前吸附的氧气完全脱附，测定煤样吸附氧气量，将1g干燥煤样在30℃下的吸氧量作为标准。但是目前有相关的报道指出，该种测试方法的测试结果与实际情况差异较大，例如何启林[9]将低温吸氧法与实际自燃发火期进行对比，结果存在较大的差异，所以他认为该种煤样自燃倾向性测试方法不合理。再例如仲晓星[10]的低温物理吸氧法与绝热氧化法对比研究，结果证明该测试方法下的煤样氧气吸附能力，不能用作煤样自燃倾向性的衡量标准。

1.4 氧化动力学测试方法[10]：针对该种测试方法的形成，中国矿业大学做出了大量的试验研究，在交叉点温度测试方法的基础上，产生氧化动力学测试方法，该测试方法是目前中国煤样自燃倾向性测试的新国家标准。该测试方法的煤样自燃倾向性衡量指标是由交叉点温度以及煤样中心温度达到70℃时，煤样储存容器中的氧气浓度共同决定的。该方法充分的考虑了煤样在低温下（<70°C）的吸氧特性以及高温下（>140°C）的自燃现象，所以将其称之为综合性测试方法。

1.5 TG-DTA（Thermogravimetry/Differential Thermal Analysis） 测试方法[11]：煤样自燃倾向性研究中的这种测试方法，可以对煤样在低温氧化环境中，样品的热量和重量同时的测定。其衡量煤样自燃倾向性的指标为100℃下样品重量的变化，对于不完全干燥或者是未干燥的煤样而言，该温度下的水分蒸发量要明显的高于吸氧量变化，所以该测试方法的测定指标不能准确的呈现出煤样的自燃倾向性。而另一个指标：发热开始温度（Tonset），主要是对煤样放热反应的难易度进行衡量，所以这个指标可以用于煤样热稳定性的初步评估[12]。

1.6 C80微量热方法[13]：该测试方法中使用到的C80微量热仪，精度非常高，可以对高精度热量进行测量（约几毫瓦），并将煤样从室温至300℃的线性升温量热准确的测定出。针对煤样自燃倾向性的测试而言，使用的煤样重量为0.2g，在该方法的测试下，将煤样密封于8.5ml的反应池中，所以无法保证煤样自燃过程中的氧气量，所以该测试方法，只能在样品低耗氧的过程中应用。

2 煤样自燃倾向性测试方法选取研究

本次研究针对6种不同的煤样自燃倾向性测试方法进行了对比研究，主要是为了确定褐煤自燃倾向性的测定方法。表1是本次研究中各种方法测试中的相关元素。

通过以上6种测试方法的比较，确定联合国标准篮法、氧化动力学测试法较为合适褐煤自燃倾向性测试。

3 结束语

综合分析以上内容，在褐煤提质过程中的研究已经进行了很长的时间，而且也取得了相应的成果。当前在褐煤提质技术以及应用中，还存在一定的阻碍，而针对褐煤提质后产品的自燃倾向性研究较少，针对提质后褐煤产物中的水含量要求，也缺少明确的指导和标准。

参考文献

[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.

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[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.

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[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]何启林.煤低温氧化性与自燃过程的实验及模拟的研究[D].徐州：中国矿业大学安全工程学院，2004.

[10]仲晓星.煤自燃倾向性的氧化动力学测试方法研究[D].徐州：中国矿业大学安全工程学院，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]孙金华，丁辉.化学物质热危险性评价[M].北京： 科学出版社，2005.

综合分析以上内容，在褐煤提质过程中的研究已经进行了很长的时间，而且也取得了相应的成果。当前在褐煤提质技术以及应用中，还存在一定的阻碍，而针对褐煤提质后产品的自燃倾向性研究较少，针对提质后褐煤产物中的水含量要求，也缺少明确的指导和标准。

参考文献

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[12]孙金华，丁辉.化学物质热危险性评价[M].北京： 科学出版社，2005.

综合分析以上内容，在褐煤提质过程中的研究已经进行了很长的时间，而且也取得了相应的成果。当前在褐煤提质技术以及应用中，还存在一定的阻碍，而针对褐煤提质后产品的自燃倾向性研究较少，针对提质后褐煤产物中的水含量要求，也缺少明确的指导和标准。

参考文献

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