張凱

摘 要：褐煤是一種燃料，其含水成分非常高，進而增加了其運輸?shù)某杀荆步档土俗陨淼娜紵?。在褐煤開發(fā)的過程中，關(guān)鍵技術(shù)在于褐煤的清潔、高效利用，因為褐煤的有效燃燒率較低，含水量較大，所以在開發(fā)利用的過程中，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，對其中的含水量進行分析，確定其產(chǎn)物是否符合自燃條件，所以文章針對褐煤干燥提質(zhì)產(chǎn)物自燃特性的研究現(xiàn)狀進行分析。

關(guān)鍵詞：褐煤；干燥；自燃；特征

引言

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

作為一種新開發(fā)能源，褐煤有很大的應(yīng)用空間，從褐煤的形成進行分析，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氫化合物，褐煤屬于軟質(zhì)煤，具有含量高、灰度大、密度小、易燃等特點。據(jù)相關(guān)研究顯示，截止到2007年1月，全球的褐煤可以開采的儲量大約為1496億噸，而中國的褐煤可以開采儲量為186億噸，占中國煤炭類燃資源開采儲量的16.2%[1]。世界上的其他國家也擁有豐富的褐煤資源，例如美國、澳大利亞等。

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

1 煤的自燃傾向性研究

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

1.1 聯(lián)合國標準籃測試方法[6]：這一種煤的自燃傾向性測試方法，主要是將裝樣待測煤樣的容器，放進恒溫?zé)峥諝猸h(huán)境中，對容器中煤樣品溫度、環(huán)境溫度進行記錄，依次進行煤樣品的更換以及環(huán)境溫度的升高，進行重復(fù)性試驗，直到煤樣自燃，確定煤樣自燃時的溫度、以及自燃時間。這種測試方法，與煤的真實自燃情況相近，但其不足為在于花費的試驗時間較長，且為試探性試驗，所以工作量非常大。

1.2 交叉點溫度測試法[7，8]：該方法是將一定質(zhì)量的煤樣品放入一個持續(xù)升溫的環(huán)境中，對煤樣中心溫度、環(huán)境問題進行連續(xù)性的記錄。利用煤樣中心溫度與環(huán)境溫度相同時的交叉點溫度，對煤樣的自燃傾向性進行衡量。這種測試方法可以清晰的呈現(xiàn)出煤樣的緩慢氧化過程，還會因為氧化釋放的熱量，加速升溫，因氧化升溫，使煤樣中心溫度等同于或者是超過環(huán)境溫度。目前交叉點溫度測試法，印度、土耳其等國家，是煤樣自燃傾向性的研究的國家標準測試方法。

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

1.4 氧化動力學(xué)測試方法[10]：針對該種測試方法的形成，中國礦業(yè)大學(xué)做出了大量的試驗研究，在交叉點溫度測試方法的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生氧化動力學(xué)測試方法，該測試方法是目前中國煤樣自燃傾向性測試的新國家標準。該測試方法的煤樣自燃傾向性衡量指標是由交叉點溫度以及煤樣中心溫度達到70℃時，煤樣儲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，所以將其稱之為綜合性測試方法。

1.5 TG-DTA（Thermogravimetry/Differential Thermal Analysis） 測試方法[11]：煤樣自燃傾向性研究中的這種測試方法，可以對煤樣在低溫氧化環(huán)境中，樣品的熱量和重量同時的測定。其衡量煤樣自燃傾向性的指標為100℃下樣品重量的變化，對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，所以該測試方法的測定指標不能準確的呈現(xiàn)出煤樣的自燃傾向性。而另一個指標：發(fā)熱開始溫度（Tonset），主要是對煤樣放熱反應(yīng)的難易度進行衡量，所以這個指標可以用于煤樣熱穩(wěn)定性的初步評估[12]。

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

2 煤樣自燃傾向性測試方法選取研究

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

通過以上6種測試方法的比較，確定聯(lián)合國標準籃法、氧化動力學(xué)測試法較為合適褐煤自燃傾向性測試。

3 結(jié)束語

綜合分析以上內(nèi)容，在褐煤提質(zhì)過程中的研究已經(jīng)進行了很長的時間，而且也取得了相應(yīng)的成果。當前在褐煤提質(zhì)技術(shù)以及應(yīng)用中，還存在一定的阻礙，而針對褐煤提質(zhì)后產(chǎn)品的自燃傾向性研究較少，針對提質(zhì)后褐煤產(chǎn)物中的水含量要求，也缺少明確的指導(dǎo)和標準。

參考文獻

[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程的實驗及模擬的研究[D].徐州：中國礦業(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力學(xué)測試方法研究[D].徐州：中國礦業(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)熱危險性評價[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)過程中的研究已經(jīng)進行了很長的時間，而且也取得了相應(yīng)的成果。當前在褐煤提質(zhì)技術(shù)以及應(yīng)用中，還存在一定的阻礙，而針對褐煤提質(zhì)后產(chǎn)品的自燃傾向性研究較少，針對提質(zhì)后褐煤產(chǎn)物中的水含量要求，也缺少明確的指導(dǎo)和標準。

參考文獻

[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程的實驗及模擬的研究[D].徐州：中國礦業(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力學(xué)測試方法研究[D].徐州：中國礦業(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)熱危險性評價[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)過程中的研究已經(jīng)進行了很長的時間，而且也取得了相應(yīng)的成果。當前在褐煤提質(zhì)技術(shù)以及應(yīng)用中，還存在一定的阻礙，而針對褐煤提質(zhì)后產(chǎn)品的自燃傾向性研究較少，針對提質(zhì)后褐煤產(chǎn)物中的水含量要求，也缺少明確的指導(dǎo)和標準。

參考文獻

[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程的實驗及模擬的研究[D].徐州：中國礦業(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力學(xué)測試方法研究[D].徐州：中國礦業(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)熱危險性評價[M].北京： 科學(xué)出版社，2005.