·500· 北京科技大学学报 2001年第6期 2.1耗氧速度 3煤自燃极限参数 在本试验条件下，漏风强度较小，假设风流 仅在实验炉内垂直方向流动且流速恒定，忽略 煤自燃性由内因和外因共同决定.煤自燃 氧在混煤中的扩散和氧浓度随时间的变化率， 的内因是煤自身氧化放热性能的强弱.对于特 在微小单元内煤温均匀，耗氧速度与氧气浓度 定的煤，其自身的氧化放热性能一定，能否发生 成正比，则煤体在新鲜空气中的耗氧速度为： 自燃，主要取决于外因蓄热环境，即煤放热强度 n-8h号 与周围环境散热强度的大小.煤体升温的必要 (1) 条件为： 式中，'()为煤体在新鲜空气中的耗氧速度， moV(scm):C。为新鲜空气中的氧质量分数 P.C ai=gt九~div(grad刀-(np,:C,) (21%):C:,C,分别为炉体内测点1和测点2的氧 div(0.T)20 (6) 摩尔浓度，moV/cm';夏为供风强度molV(scm),;S 式中，9为煤体放热强度，J(cm3s):0为松散煤 为炉体横断面积，cm;Z,Z为测点距炉体底部 体内空气流速，cm/s. 原点处的距离，cm.煤体在实际条件卜耗氧速度 把能够引起煤自燃的必要条件的极限值称 为： 为煤自燃极限参数（此时煤自身氧化放热强度 nn=d)名n 等于周围环境散热强度)，主要有：最小浮煤厚 (2) 度hmn;下限氧浓度Cmm;上限漏风强度；上限 式中，d0表示煤质量占50%的当量粒径，cm:C 平均粒径☑.松散煤体自燃必须具备能够使散 为实际条件的氧浓度：叭do)为粒度影响函数. 热强度小于放热强度的外界条件（即只有同时 22放热强度 满足极限值条件内的煤才有可能自燃)，即： 因为炉体内风流速度很小，可近似认为通 (h>hn(C>Cn(o<on(d<d)(7) 过碎煤的风流温度与煤温相同，风流沿纵向z轴 式中，h为煤体厚度，m:d为松散煤体平均粒径， 方向均匀流动：仅考虑煤的氧化放热、传导散热 cm. 和风流的对流散热，忽略其他形式热交换，根据 3,1最小浮煤厚度 传热学理论和数值传热学，可得炉内中心轴处 最小浮煤厚度主要与煤体放热强度、漏风 的热平衡方程： 强度和岩体温度有关.实际条件下，煤体放热强 T q(T)=p.C:.- 0-Ce02 度、漏风强度和岩体温度均为定值，则最小浮煤 0T0T (3) 厚度为确定的极限参数.设煤体升温速度等于 零，由煤体升温必要条件式(6)，可推得最小浮煤 其中， 厚度的近似计算式： 太才2，c=ac,l-mc. 1 Hmn =[p C.Q(T.-T,)+ P.=npsH(I-n)em Vp,C.2T。-T,+819(T)T.-T,)/g(T)(8) 式中，T为煤体热力学温度，K;q(T)是煤温为T时 式中，T为煤体热力学温度：T,为岩体热力学温 的氧化放热强度，J(cm·s:t为时间.s;为碎煤 度；q(T)是煤温为T时的煤体放热强度 的等效导热系数，J/(cmsK):C为碎煤的等效 3.2下限氧浓度 比热容，J/(gK):p为碎煤的等效密度，g/cm';y,Z 下限氧浓度与煤的氧化放热性、松散煤体 为实验台径向和纵向坐标，cm;Pm,Cm,P,C,为实 堆积厚度、周围散热条件以及煤（岩）体温度有 体煤与空气的密度和比热容；n为空隙率. 关.在实际条件下，煤体堆积厚度、周围散热条 在特定温度下，发热量与氧气浓度成正比， 件以及煤（岩）体温度基本为定值，故下限氧浓 换算为新鲜空气中的发热量为： 度为可知的极限参数.设煤体升温速度等于零， 9n名m (4) 由煤体升温必要条件式(6)，可推得下限氧浓度 式中，9(T)为标准氧浓度时的氧化放热强度. 的近似计算式： 煤体在实际条件下的放热强度为： Cco2-Th ( h 9D)-vd).C 9(7) (5) 3.3上限漏风强度 上限漏风强度与煤的放热强度、煤体和风。 5 00 。 北 京 科 .2 1 耗 权速度 在本试验 条件下 , 漏风强度较小 , 假设风流 仅在 实验炉 内垂直 方 向流动 且 流 速 恒定 , 忽略 氧在 混煤 中的 扩 散和 氧浓 度 随 时 间 的变 化率 , 在微小单元 内煤温均 匀 , 耗氧速 度 与氧气浓 度 成正 比 , 则煤体在新鲜空 气中的耗氧速度 `21 为: 技 大 学 学 报 200 1 年 第 6 期 。 。 飞几是召瓮 . nI 会 (l) 3 煤 自燃极限 参数 煤 自燃性 由 内因 和 外因共 同决定 . 煤 自燃 的 内因 是 煤 自身氧 化放热性能 的 强 弱 . 对于 特 定的煤 , 其 自身的氧化放热性能一 定 , 能否发生 自燃 , 主 要取决于 外因 蓄热环境 , 即煤放热强 度 与周围环境散热强度的 大小 . 煤体升温的必 要 条件I 为 : 式 中 , V0 (乃为煤体在 新鲜空 气 中的耗氧速 度 , m o 叭s · c m ;s) OC 为 新 鲜 空 气 中 的 氧 质 量 分 数 (2 1% ) ; C : , 已分别为炉体 内测点 1和 测点 2 的氧 摩 尔 浓 度 , m o l/ e m , ;口为供风强 度 m o 盯( s · e m , ) , ; S 为炉 体横断面 积 , c 耐 ; 2 . , 乙 为测 点 距炉 体底部 原 点处 的距离 , c m . 煤体在 实际条件 卜耗 氧速 度 为 : , , . , ~ , , 、 C , , , ~ 尸( 乃二 诚眺0) · 卡 一 . 玩( 乃 (2) 丫 、 ` 洲 产 oC r “ 、 ` 产 、 一 产 式 中 , 眺 。 表示 煤质量 占 5 0 % 的 当量 粒径 , c m ; C 为实 际条件 的氧浓 度 ; 杯诱 。 )为粒度 影 响函 数 . .2 2 放热强度 因为 炉 体内 风流 速度 很 小 , 可 近 似认 为通 过 碎煤的 风流 温 度与煤 温相 同 , 风流 沿 纵 向 z 轴 方 向均匀流 动 ; 仅考虑 煤的氧化放热 、 传导散热 和风流的对流散热 , 忽略其他形式热交换 , 根据 传热学理论和数值传热学 `, , , 可得炉 内中心轴处 的热平衡 方程 : ~ a T … , . ~ , _ 、 p · ’ 七 · 百丁= q一 ’ a l v Lg r a a l ) 一 L n ` p : ’ % ) ’ , ~ ~ 日T 二 ~ 刁T q L了) = p · ’ 七二 百于十 g ’ p 。 ’ 七: ` 百万一 人 · 之几 a ’ T 石尸 ’ 刁才 ( 3 ) 其 中 , 士 一 分导 , C 一 cns +( `一 ” , cm, 户 。 = 即 : + ( l一 n )P 。 , 式中 , T 为煤体热力学温度 , K ;试乃是煤温为那寸 的氧化放热强 度 , (J/ c m , · s) ; : 为时 间 , s ; 又 。 为碎煤 的等 效导 热系 数 , (J/ c m · s · K ) ; C 为碎煤 的 等效 比热容 , (J/ g · K ) ; p 。为碎煤的等效 密度 , 岁c m , ; 叭Z 为实验台径 向和 纵向坐标 , c m ; mP , mC ,儿 , q 为实 体煤与 空 气 的 密 度 和 比热 容 ;n 为 空 隙率 . 在 特定 温 度 下 , 发 热量 与氧气浓 度 成正 比 , 换算 为新鲜空 气 中的 发 热量 为 : , ~ nC , 一 q u气I ) = 万厂 ’ q LI ) L J I (4 ) 式 中 , q0 ( 力为标准 氧浓度时的 氧化放热强 度 . 煤体在 实 际 条件下 的 放 热 强 度 为 : d i v (刀 · 几)七。 ( 6 ) 式 中 , q 为煤体 放热强 度 , (J/ c m , · s ) ; 百 为松 散煤 体 内空 气流速 , c耐 “ · 把 能够引起煤 自燃 的必 要条件的极 限值称 为煤 自燃极 限 参数 (此时煤 自身氧化放热强 度 等于 周围环境 散热强度 ) , 主要 有 : 最小浮煤厚 度 hm 。 ; 下 限 氧浓度喘 。 ; 上 限 漏风强度口~ ; 上 限 平均 粒径己川 . 松散煤体 自燃必须具 备能够使散 热强 度小 于 放 热强度 的 外界 条件 ( 即 只有 同时 满足 极限值条件内的煤 才有可能 自燃 ) , 即 : (九> 人 m ,。 ) n (e > e m: 。 ) n (口闷amx ) n (刁而猛) ( 7 ) 式 中 , h 为 煤体厚度 , m ; 刁为松散煤体平均粒径 , C n l . 3 . 1 最小浮煤厚度 最小 浮煤厚度 主要 与煤体放热强度 、 漏风 强 度 和岩体温度有关 . 实际条件下 , 煤体放热强 度 、 漏 风强度 和岩体温度均 为定值 , 则最小浮煤 厚度为确定的极 限参数 . 设煤体升温速度等于 零 , 由煤体升 温必要 条件式( 6) , 可推得最小浮煤 厚度 的近 似计算式 : mH :。 二 叻 ` sC 酬cT 一 兀+) 丫切 . q 口) , ( cT 一 兀) ,+ s切 。 ( cT ) (cT 一 不) ]q/ 。 (cT ) (s ) 式 中 , cT 为煤体热力学温 度 ; 兀为岩体热力学温 度 ; q0 ( cT )是 煤温为 cT 时 的煤体放热强度 . 1 2 下 限叙浓度 下 限氧浓度 与煤 的氧化放热性 、 松散煤体 堆积厚度 、 周 围散热条件 以及煤 (岩 ) 体温度有 关 . 在实际 条件下 , 煤体堆 积厚度 、 周围散 热条 件 以 及煤 ( 岩) 体温度 基本为 定 值 , 故 下 限 氧浓 度 为可知 的极 限参数 . 设煤体升温 速度 等于零 , 由煤体升温必要 条件式 ( 6) , 可 推得 下 限 氧浓度 的 近 似计算式 : 喘 n 一 晶 [丝 竺 嗓 二工与几“ 2 兰玉午, 〕 (9) , , ~ , , 、 C , ~ q t l ) = 扔 场 。 ) ’ 下 ; ’ q o t l ) 七 O (5) 1 3 上限漏风强度 卜限漏风强度 与煤的放热强度 、 煤体和风