型同步热分析仪;实验样品为阜新艾友矿不同采煤工作面的煤样,即四层煤6417采面煤样、四层煤2413采面煤样和六层煤2611采面的煤样,筛分至50~150目,样品质量约为20 mg;以O2为载气,流量为20 mL/min;升温范围为
2 过程与讨论
2.1 煤样自燃过程描述
煤的自燃实质是其自身氧化速度加速的过程,其氧化速度之快以致产生的热量来不及向外界扩散,而导致了自燃。
图1是各煤样在升温速率为
从图1可以看出,煤样首先由于失去水分而失重,T1是煤样失水到最低点时开始回升的温度。此后,煤开始吸附氧气,表现在TG曲线上,出现缓慢增重现象。当温度升至T2时,煤样开始进入一个较快的失重阶段,在DSC曲线上,先有一个吸收热量的过程,而后是1个明显的放热过程,表明了煤样的剧烈燃烧,T3是煤的着火点温度,可利用DTG曲线得到(过DTG曲线的峰值作垂线与TG曲线交于一点,过这一点作TG曲线的切线,该切线与TG曲线上失重开始平行线的点所对应的温度)。然后燃烧结束,两曲线趋于平,煤样的质量和热量不再变化。
图1 各煤样
2.2 活化能的热重动力学求解〔1-2〕煤氧化分解是典型的气固反应,根据化学反应动力学知识,煤的反应速度可用下式表示:
(1)
式中,a代表煤炭氧化分解过程中的转化率;t,T和β分别代表反应时间,温度和升温速率;A是
指前因子;E是活化能;R是气体普适常数;f(a)是一个能够反映煤炭氧化反应机理的函数模型。因β=dT/dt,故上式可变为:
上式两侧在0到a和T0到T之间积分,得
