煤岩组分的物化性质对煤自燃的影响

企业天地.全国中文核心期刊矿业类核心期刊《CAJ-CD 规范)执行优秀期刊一组分发生自燃的难易,并未解释其发生自燃的原因，甚至许多结论相互矛盾。其实煤岩组分发生自燃的煤倾向与其物化性质相关，笔者主要分析煤岩组分的岩物化性质对煤自燃的影响。组中1煤的岩石类型[1] .国分探讨煤岩组分的物化性质对煤自燃的影响有必要明确煤的岩石类型划分。的煤作为一种有机岩石,用肉眼或在显微镜下,可物以看出它在组成、结构和物理性质方面具有不同的特点和差异,据此可将煤划分出许多岩石类型。用化谷公肉眼观察时所作的划分称为宏观煤岩类型,在显微司性红镜下观察时所作的划分称为显微煤岩类型。表1列质伟出了腐植煤的宏观煤岩类型及其重要的特征。表1腐植煤的煤岩类型及特征对心煤岩类型光亮,黑色,一般很脆,常其裂歐内眼可识别的特征亮煤半亮，黑色,极博层状自光泽暗淡.黑色或灰黑色，坚硬,表面粗糙丝绷光泽.灰黑色,纤维状,钦,极易碎.燃根据煤的成因和工艺性质的不同，显微煤岩类型影大致可分为镜质组壳质组(稳定组)和惰质组3类。通过显微镜的观察,腐植煤的4种宏观煤岩类型是由响3种显微煤岩组分以不同的比例组合而成的。2煤岩组分的物化性质对煤自燃的影响摘要:影响煤自燃的因素很多,如煤化程度、煤的岩组成、煤的水分、黄铁矿含量、环境温度、煤堆积煤自燃是煤表面与氧气发生吸附进而发生化密度、煤炭粒度等。笔者主要研究煤岩组分的物化学反应的结果。当煤与空气接触后,首先发生煤性质对煤自燃的影响。表面对氨的物理吸附,放出物理吸附热;然后发生关键词:煤自燃;煤岩组分;物化性质煤-氧气化学吸附和化学反应,并放出化学吸附热和化学反应热。若热量不能及时散发,就会使中圉分类号:TQ530文献标识码:A煤中的热量积聚,引起煤炭温度不断升高。温度文章编号:1006 6772(2008)06-0059 -03升高促使氧化反应更为剧烈和升温速度的加快，当煤的温度达到着火点时就会导致煤自燃[2]。研煤自燃过程是-一个极为复杂的动态变化、互相究表明,煤的自燃与煤的岩相组成有很大关系。影响、综合作用的过程。影响煤自燃的因素很多,如各岩相组分的氮化趋势依下列顺序递减:镜煤、亮煤化程度、煤的岩组成、煤的水分黄铁矿含量、环境煤、暗煤、丝炭,即镜煤最易氧化而丝炭最难氧化。温度、煤堆积密度、煤炭粒度等。迄今为止从煤岩相但是丝炭在低温下能吸附大量的氧,由于吸附氧学角度研究煤的自燃仍显不足，只停留在煤岩各个时有中国煤化工地方,会引起温YHCNMHG收稿日期:2008 -07-23作者简介:谷红伟(1974 -) ,男,河南商丘人,工程师,现从事科研管理工作。煤气骑坊魏啊尘器故障处理及防范59企业天地度的提高。当温度提高时,固体吸咐能力虽然降M. Mercedes Maroto - Valer等(8]对一种中等挥低,但是氧化速度加快。不同煤岩组分对煤的自发分含量的澳大利亚烟煤的镜质组和半丝炭组富集燃体现的这种不同影响与其具有不同的物化性质物分别进行了单脉冲激发固体"C-NMR研究。结果密切相关。显示:镜质组的芳香性远比半丝炭组的芳香性低。2.1不同煤岩 组分的粒度对煤自燃的影响罗陨飞等[9]对显微组分固体" C-NMR研究也表明:粒度是煤岩组分的物理性质之一-。研究表明,惰质组结构中芳构化程度要高于镜质组,脂碳数量不同的煤岩组分具有不同的粒度组成,对煤的自燃则少于镜质组,芳环上的烷烃侧链也没有镜质组长，产生显著的影响。舒新前'1]借助于抗碎强度法及惰质组中含氰官能团的总量要低于同等变质程度的抗压强度法对煤岩组分的脆性进行了测定,并进行镜质组,其中,酚或芳醚相对含量高于镜质组,而脂了筛分实验。结果表明,在各种显微组分中,惰质组醚相对含量则低于镜质组。的显微脆度最大,镜质组居中，壳质组的显微脆度最煤的氧化过程中,首先是煤分子中的非芳香结小。这说明在相同的外力作用下,惰质组表面会出构(如烷基侧链等)与氧发生反应,因此芳构化程度现更多的裂纹和较大程度的破碎,使得筛分后各粒较高的惰质组的反应活性比镜质组低。孙旭光级含有不同比例的煤岩组分。Alan S. Trimble 等[4]等[10)对单煤岩组分富集物测定和计算了不同生烃研究了煤岩组成与煤的哈氏可磨性指数( HGI)的关率所对应的活化能,并以此为基础对上述组分的化系。后退回归分析的结果表明,煤阶和煤岩组成对学结构进行了探讨。结果显示,3种组分的平均活HGI均有影响，在低阶煤中表现得更为显著。曾凡化能明显不同,其中树皮体的最低,丝质体的最高,桂等[5]对采自山西平朔露天矿、陕西神府煤田大柳镜质体的介于两者中间。此外,煤表面分子中的不.塔、柠条塔煤矿的矿井新鲜煤样手选剥离了镜煤和同活性基团的反应热有差异[" ,这使得不同的煤岩丝炭，分别研究了两者的粉碎特性,发现丝炭在煤粉组分氧化放出的热量也有不同及自燃的倾向不同。中会倾向于富集在较细的粒级中。2.3 不同煤岩组分的着火温度对煤自燃的影响煤炭在运输和储存的过程中,出于商品交易的温度是煤自燃过程的主要影响因素。温度升需要,被破碎筛分成不同的粒级，而由于煤岩组分的高,氧分子的平均动能增大,扩散和渗透能力增强，显微脆度不同,造成不同煤岩组分的粒级分布不同,到达煤的内部空隙的几率增加,另- -方面,煤温越高从而导致各粒级煤样的自燃属性也有不同。邓军研煤表面的活性结构数目越多,活泼程度越大,与氧结究了煤的粒度对煤自燃的影响,认为:在化学反应阶合的能力增强,煤名复合放出的热星增大。吴晓光、段,煤样粒度越小氧化自燃能力越强;粒度分布范围邓军、李莉等[2-14]通过煤样程序升温实验,研究煤越宽的煤样耗氧速度越大,氧化自燃性越强。体的耗氧速度和放热强度随温度变化的规律,分析2.2不同煤岩组分的结构性 质对煤自燃的影响显示在不同的温度段内,煤样的耗氧和放热速率是煤的低温氧化与煤燃烧的过程相比,是极其缓基本- -致的,随温度升高,其速率增大,实验中存在.慢的。煤氧复合作用在煤的外表面和内部孔隙中同显著的加速过程。张瑞新等I'5]在野外露天场地进时发生,包括煤对氧的物理吸附、化学吸附和化学反行了煤堆自燃的模拟试验,认为可将煤体的自燃过应。煤中的显微组分是由古代植物的不同组成部分程划分为4个阶段,分别为缓慢氧化期氧化中速反生成,或在成煤过程中所受不同的地质作用,使它们应期、氧化加速期和发火期。在不同的阶段，氧化反的结构及物化性质呈现出较大的差异。应的速率和产生的气体量差别很大。常海洲等l6]对神东煤和平朔煤的研究表明:显不同煤岩组分煤的着火温度不同,体现了煤不微组分吸附氧的能力存在显著的差别,同一煤种的同的自燃倾向。张玉贵等116-17]通过多种方法研究镜质组和情质组吸氰量不同,不同煤种的同种显微了平庄褐煤和阜新长焰煤的手选镜煤及丝炭,结果组分的吸氧量也有不同。中国目前采用色谱吸每表明:镜煤的着火温度低,临界温度低,低温氰化放法["]进行煤自燃倾向性的鉴定,其中明确指出,煤热速中国煤化工生腐植酸的含量岩成分在煤层中分布状态明显,如镜煤和亮煤集中高,制Y片CNMH G浓度生成速度大。存在,并含有丝炭的地点必须加采煤样以确保实验说明镜煤的自燃顿向性大,丝炭的自燃倾向性小。的可靠性。煤岩组分的这种性质上的差异是由其不研究["8]还表明,壳质组的着火温度高,自燃倾向性同的结构造成的。低。但是煤温较高时,发生强烈热解反应,产生的富50《洁净煤技术)2008年第14卷第6期企业天地. 全国中文核心期刊矿业类核心期刊(CAJ-CD规范)执行优秀期刊J氢物质将是助燃助爆的物质。舒新前、葛岭梅lationship between coal petrology and grinding properties.等[19- 20)对神府煤研究后认为,丝炭容易自燃,因为Aplied Coal Ceology ,2003 ,54(3 -4) :253 -260.其在低温下能吸收大量氧并放出热量。王晓华[5]曾凡桂,郝玉英镜煤与丝炭粉碎特性的比较研究等[21]研究宁夏石嘴山矿煤样后也发现丝炭着火点[J].燃料化学学报.1998 ,26(6): 575 ~578.最低。徐初阳，聂容春等[2- 3研究发现,在煤的低[6]常海洲,王传格,曾凡桂, 等.不同还原程度煤显微组温氧化过程中,对于同-煤级,CO、CH 及C;H的分组表面结构XPS对比分析[J].燃料化学学报,2006 ,34(4) :389 -394.产出温度丝炭高于镜煤。在温度的上升过程中,煤岩组分表现出不同的[7] MT/T 707 - 1997 ,煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定法[S].[8] M. Mercedes Maroto - Valer, Darrell N. Taulbee, John特性,因此其耗氧速率和放热强度随温度变化的规M. Andresen, James C. Hower and Colin E. Snape.律,即煤自燃过程中的阶段划分会有所区别。Quantitative 13C NMR study of structural variations with-in the vitrinite and inertinite maceral groups for a semi-3结语fusinite - rich bituminous coal [J]. Fuel, 1998, 77:上述分析表明,煤岩组分对煤自燃的影响贯穿805 -813.煤的吸氡、反应放热、温度上升直至自燃的全过程,[9]罗陨飞,李文华 ,陈亚飞中低变质程度煤显微组分结对煤自燃进程起到不同程度的作用。煤岩组分对煤构的13C- NMR研究[J]燃料化学学报,2005,33(5): 540 -543.的自燃影响的原因主要是不同煤岩组分具有不同的[10]孙旭光,秦胜飞,罗健,等.煤岩显微组分的活化能研物化性质所致。不同煤岩组分的显微脆度不同,使究[J].地球化学, 2001, 30(6) :599 -604.其破碎粒度不同,导致煤岩组分煤的粒度越小及分[11]鲍庆国,文虎,王秀林等.煤自燃理论及防治技术[M].布范围越宽越易自燃。不同煤岩组分的吸附氛的能北京:煤炭工业出版社,2002.力不同,同一煤种的镜质组和惰质组吸氧量不同,不[12]吴晓光,李树刚,徐精彩.程序升温条件下煤的自燃特同煤种的同种显微组分的吸氧量也有不同,体现了性研究[J].煤矿安全,2005 ,36(7):4 -6.不同的煤自燃倾向,这主要是由于其分子结构及化[13]邓军,杨戍双鸭山集贤煤矿煤样自燃性程序升温实验学性质不同所致。不同煤岩组分的着火点不同是导研究[J].西安科技大学学报2005 ,25(4) :411 -414.致其自燃倾向显著差别的主要因素。目前研究煤岩[14] 李莉,张人伟,裴晓东.张双楼煤矿煤炭氧化自燃实验与分析[J].煤矿安全,2006 ,375:8 - 10.组分对煤自燃的影响存在的主要问题是:现有研究[15]张瑞新,谢和平,谢之康.露天煤体自然发火的试验研-般采用着火点吸氧量等指标考察煤岩组分的影究[J].中国矿业大学学报,2000 ,29(3) :235 -238.响,没有涵盖低温氧化直至着火的全过程;孤立地分[16]张玉贵.镜煤和丝炭自燃倾向性研究[J].煤矿安全,析各种固有特性如孔的特征、含氧官能团等来阐述1991(12) :20 -22.煤岩组分的影响,没能将各种因素有机结合综合评[17]张玉贵,钱国胤,唐修义煤自然发火烯烃指标及其煤岩学价;对于各种组分在煤自燃的整个过程中的贡献,以因素分析[J].焦作矿业学院学报,1995,14(6):29 -34.及它们之间共同作用对于煤自燃的影响,仍没有明[18] 张玉贵.煤岩成分与煤的自燃[J].焦作矿业学院学确的结论。因此,煤岩组分对煤自燃的影响仍然需报,1994,13(2):15-18.要进一步的深入研究。[19]舒新前,葛岭梅神府煤煤岩组分的结构特征及其差异[J].燃料化学学报,1996 ,24(5) :426 -433.参考文献:[20] 葛岭梅.煤分子中活性基团氧化与煤的自燃机制探讨[1] 张双全,吴国光煤化学[M].徐州:中国矿业大学出[J].西安矿业学院学报,1988,8(1):91 -96.版社, 2004.[21]王晓华,葛岭梅,周安宁,等神府煤流化床低温氧化[2] Haihui Wang, Bogdan z. Dlugogorki, Enic M. Kenne-煤分子中活性基团的变化[J].西安科技学院学报,dy. Coal oxidation at low temperatures oxygen consump-2001 ,21(1):40-43.tion, oxidation products, reaction mechanism and kinetic[22]徐初阳聂容春唐佟义.煤岩组分的氧化及自燃倾向modeling [J]. Progress in Energy and Combustion Sci-中国煤化工7);44-47.ence, 2003, 29 :487 -513.[23]iYHC N M H G分对预测自燃标志气[3]舒新前. 神府煤煤岩组分选别及利用[D].北京:中体的影响[J].煤田地质与勘探,1996 ,24(4) :27 -29. .国矿业大学, 1995.[4] Alan s. Trimble and James C. Hower. Studies of the re(下转第68页)煤勺劈敷膪尘器故障处理及防范61煤炭燃烧2.3 煤与石油焦掺烧工况运行,出现床温波动在输送线上进行混合。同时,在南北2座干煤棚各增2台CFB锅炉主要以煤与石油焦混烧为主,并加一个受煤斗及配套的变频给煤机、皮带机,确保了燃掺烧部分油页岩。由于配比均匀差,使得锅炉人炉料的混合均匀性。燃料热值时高时低,导致床温及主蒸汽压力波动频3结论繁,经常需要靠蒸汽放空来维持主蒸汽压力,锅炉燃烧自动无法投人,严重影响锅炉的安全经济性运行。茂名石化2 x410t/h CFB锅炉针对调试运行中人炉燃料热值不稳定主要原因如下:辅助配套系统出现的一系列问题，采取了行之有效(1)燃料掺混方式是按掺烧比例通过干煤棚内的解决措施,有效解决了一次风机出口非金属膨胀的抓斗直接将燃料投进受煤斗,造成2种燃料混合节开裂、炉前给煤机经常出现断煤、煤焦混烧时床温不均匀。波动等问题,确保了CFB锅炉实现安全长周期运.(2)煤石油焦和油页岩的低位发热最分别为21 ~行。23MJ/kg 31 ~ 32MJ/kg和4.3 ~5.0MJ/kg,3种燃料热参考文献:值相差较大。尤其是石油焦、油页岩混烧时,由于2种燃料热值偏差太大,在额定负荷下,每台炉给煤量在45[1]党黎军.循环流化床锅炉的启动调试与安全运行~ 63t/h范围波动,床温在795 ~ 850C波动。[M].北京:中国电力出版社,2002.为了使配煤均匀,将南北两座干煤棚受煤斗下部[2]岑可法,倪明江,骆仲泱,等循环流化床锅炉理论设计与运行[ M].北京:中国电力出版社, 1998.出口的往复式给煤机改为变频控制,2条输送线同时上煤,分别输送不同燃料,并定时交替变换燃料,使燃料Problems analysis and solution to the commissioning andoperating of compact CFBDENG Yu-sheng, LU Wei-qun(Maoming Perocemical Pover Plant of China Petrochemical Corporaion, Mooming 525000, China)Abstract :The project 2 x410t/h of Coal instead of oil in Maoming Petrochemical Corporation had came out a seriesof problems in the running process of commissioning. Through analysis and calculation, the solution achieved goodesults, it had laid a good foundation to the two CFB boiler could operate long. safe and stable.Keywords :compact; CFB boiler ; debugging(上接第61页)Effect of physicochemical properties of coal maceral on coalspontaneous combustionGU Hong-wei(Coal Distribution Center of China Shenhua Energy Corporation, Bejing 10011 ,China)中国煤化工Abstract:There are many effects about coal spontaneous combu_ation, coal maceral,total moisture , pyrite content, ambient temperature, bulk dCN M Hiolnogichemieeproperties of coal maceral on coal spontaneous combustion has been studies in this paper.Keywords:coal spontaneous combustion;coal rock component ;physicochemical property68 《洁净煤技术>2008年第14卷第6期