本發(fā)明涉及冶金行業(yè)中的焦化設(shè)備，具體地指一種煉焦煤傳熱過程模擬裝置。

背景技術(shù)：

煉焦煤主要用于焦化行業(yè)生產(chǎn)冶金焦炭等產(chǎn)品，其生產(chǎn)方式是將煤料在密閉的容器中高溫干餾而成。在前述過程中，煤中的揮發(fā)性物質(zhì)會隨著爐體溫度的變化不斷析出，產(chǎn)生諸如：水蒸汽、焦油、煤氣等多種物質(zhì)形成的荒煤氣，而其中的水蒸汽最終將變成化學(xué)廢水經(jīng)過處理后排放。隨著下游鋼鐵行業(yè)需求的下降和國民環(huán)保意識的提高，原本粗獷的生產(chǎn)方式對焦化行業(yè)的壓力越來越大，具有節(jié)能減排的煉焦煤的預(yù)處理技術(shù)，特別是降低廢水處理量的煤的水分調(diào)節(jié)技術(shù)越來越受到關(guān)注。但對于煤中水分調(diào)節(jié)后的煤料在焦?fàn)t中的傳熱變化尚屬技術(shù)空白，沒有相應(yīng)的研究設(shè)備與研究標(biāo)準(zhǔn)，工藝改變后對于熱工制度的調(diào)整主要依靠歷史經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，這種方式不利于有效熱工制度的建立。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要提供一種煉焦煤傳熱過程模擬裝置，該裝置能對焦?fàn)t的實(shí)際加熱狀況進(jìn)行模擬，有效測定不同預(yù)處理?xiàng)l件工藝條件下煉焦煤的傳熱變化，進(jìn)而可有效修改熱工制度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種煉焦煤傳熱過程模擬裝置，包括基座，所述基座上設(shè)有加熱室，所述加熱室上設(shè)有爐膛，所述加熱室與所述爐膛之間隔有加熱套件，所述加熱套件上設(shè)有爐料底部測溫?zé)犭娕迹鰻t膛頂部設(shè)有爐蓋，所述爐蓋上設(shè)有爐料表面測溫?zé)犭娕迹鰻t膛上開有荒煤氣導(dǎo)出孔。

進(jìn)一步地，所述爐膛上還開有若干爐料中心測溫孔，所述爐料中心測溫孔內(nèi)設(shè)有爐料中心測溫?zé)犭娕肌?/p>

進(jìn)一步地，所述加熱套件包括加熱板和加熱元件，所述加熱板頂面呈平板狀，所述加熱板底部并排設(shè)有若干凹槽，所述加熱元件布置在所述凹槽中，所述爐料底部測溫?zé)犭娕疾贾迷谒黾訜岚屙敳俊?/p>

進(jìn)一步地，所述荒煤氣導(dǎo)出孔直徑∶所述爐膛高度的尺寸比例為：1∶0.6～0.8。

進(jìn)一步地，所述荒煤氣導(dǎo)出孔上連有抽風(fēng)機(jī)，所述抽風(fēng)機(jī)上連有煤氣凈化裝置。

進(jìn)一步地，所述爐膛的長∶寬∶高的尺寸比例為：100～200∶132∶11。

進(jìn)一步地，所述加熱元件的加熱密度沿所述加熱室寬度方向遞減。

進(jìn)一步地，所述凹槽寬度沿所述加熱室寬度方向遞增。

進(jìn)一步地，所述爐蓋包括頂部的保溫層，所述保溫層的底部設(shè)有所述爐料表面測溫?zé)犭娕肌?/p>

更進(jìn)一步地，所述爐膛端部設(shè)有可拆卸維修門；所述爐蓋頂部設(shè)有熱成像儀固定架。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

其一，本發(fā)明對焦?fàn)t的實(shí)際加熱狀況進(jìn)行模擬，通過本裝置可以有效的測定不同預(yù)處理工藝條件下的煉焦煤的傳熱變化，為熱工制度的修改提供幫助。

其二，本發(fā)明能有效檢測煤中水分調(diào)節(jié)后的煤料在焦?fàn)t中的傳熱過程的變化情況，為降低廢水處理量的煤的水分調(diào)節(jié)技術(shù)提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

其三，本裝置操作簡單，實(shí)用性強(qiáng)，將煤料水分調(diào)節(jié)技術(shù)成功用于煉焦煤后，焦化廢水處理量降低50～80％，蒸發(fā)煤中水分的能耗降低30％，并且降低了配煤成本，年效益近億元。

附圖說明

圖1為一種焦煤傳熱過程模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中加熱套件及其上的爐料底部測溫?zé)犭娕冀Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1中加熱元件的布置狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，便于更清楚地了解本發(fā)明，但它們不對本發(fā)明構(gòu)成限定。

如圖1所示的焦煤傳熱過程模擬裝置，包括基座1，基座1上設(shè)有加熱室2，加熱室2上設(shè)有爐膛3，爐膛3的長∶寬∶高的尺寸比例為：100～200∶132∶11；優(yōu)選160∶132∶11。加熱室2與爐膛3之間隔有加熱套件4，加熱套件4上設(shè)有爐料底部測溫?zé)犭娕?。爐膛3頂部設(shè)有爐蓋6，爐蓋6頂部為保溫層6-1，保溫層6-1的底部貼近爐膛3的一面設(shè)有爐料表面測溫?zé)犭娕?，該爐料表面測溫?zé)犭娕?采用測溫平板，測溫平板的尺寸與爐膛3大小一致，引線直接通過爐蓋6上穿孔引出，用于測量煤料表面的溫度?；?與爐蓋6之間由夾緊螺栓9或快壓件壓緊相連，爐蓋6上方設(shè)有熱成像儀固定架，用于固定熱成像儀作為導(dǎo)熱面的測定。爐膛3側(cè)壁上開有荒煤氣導(dǎo)出孔3-1，荒煤氣導(dǎo)出孔3-1直徑∶爐膛3高度的尺寸比例為：1∶0.6～0.8，優(yōu)選1∶0.72，荒煤氣導(dǎo)出孔3-1上連有吸力為不大于-500pa抽風(fēng)機(jī)，抽風(fēng)機(jī)上連有煤氣凈化裝置(圖上未示出)；爐膛3側(cè)壁中部還開有多個爐料中心測溫孔3-2，爐料中心測溫孔3-2內(nèi)插入用于測量爐膛中心溫度的爐料中心測溫?zé)犭娕?圖上未示出)，爐膛3端部設(shè)有可拆卸維修門8，維修爐門8為可拆卸式設(shè)計，用于安裝加熱套件4及爐體維修等。

上述方案中，結(jié)合圖2所示，加熱套件4包括加熱板4-1和加熱元件4-2，加熱板4-1頂面呈平板狀，加熱板4-1底部并排設(shè)有若干凹槽4-11，加熱元件4-2布置在凹槽4-11中，爐料底部測溫?zé)犭娕?布置在加熱板4-1頂部。凹槽4-11寬度沿加熱室2寬度方向遞增，加熱元件4-2的加熱密度沿加熱室2寬度方向遞減，使得爐膛3內(nèi)寬度方向的加熱值相差5～10℃。

上述焦煤傳熱過程模擬裝置的工作過程如下：

首先，將爐體安裝好后，按照設(shè)定的堆比重(0.7～1kg/cm³)在爐膛3內(nèi)平鋪一層煤煉焦煤料，爐膛寬度方向的端部空出約30mm的空間作為裝煤預(yù)留段10(如圖3所示)；然后，將爐蓋6蓋上，分別接通爐料表面測溫?zé)犭娕?，爐料中心測溫?zé)犭娕?，爐料底部測溫?zé)犭娕?的電源，并利用加熱元件4-2開始加熱爐體，同時開啟抽風(fēng)機(jī)；加熱過程中，由爐料底部測溫?zé)犭娕嫉玫娇販販囟萾1，由爐料中心測溫?zé)犭娕嫉玫綘t膛中心溫度t2，由爐料表面測溫?zé)犭娕?得到爐料表面溫度t3及傳熱時間T；根據(jù)不同的原料條件測定兩組以上數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以一組數(shù)據(jù)為原始值，其他組忽略熱損失，認(rèn)為供熱情況相同的條件下進(jìn)行傳熱效率的比較，由“η＝Δt組1/Δt組2”計算對比傳熱系數(shù)。

上述方案中，基座1由硅磚或其他耐火保溫材料制作而成，基座1尺寸在爐膛3尺寸上根據(jù)保溫材料性質(zhì)向各方向外延續(xù)不少于220mm的保溫層；爐蓋可采用石英玻璃；加熱板4-1為一面是平面另外一面帶有凹槽4-11的金屬板或剛玉等其他耐火材料制成；加熱元件4-2可為電阻絲、硅碳棒、硅鉬棒等，按照功率要求可以為串聯(lián)(如圖3所示)，也可以為并聯(lián)放置于加熱板4-1的凹槽4-11內(nèi)，加熱板靠爐膛3所在的一面為平面，在該平面上放置平板式熱電偶(即：爐料底部測溫?zé)犭娕?)或點(diǎn)溫計，作為控溫?zé)犭娕?，測量控溫溫度t1，控溫引線可由在基座1上另行開孔獲得，該控溫?zé)犭娕嫉姆胖梅秶鸀榭販責(zé)犭娕紝?。前述材料根?jù)實(shí)際情況可以進(jìn)行調(diào)整，但各類材料的耐溫性必須滿足爐膛終溫不低于950℃。

爐料表面測溫?zé)犭娕?和爐料底部測溫?zé)犭娕?均采用平板式熱電偶，該熱電偶的正負(fù)極上套有絕緣導(dǎo)套，一般為陶瓷或剛玉制品。

實(shí)施例1

爐膛高度為55mm，寬度為660mm，長度為800mm，爐膛基座與爐蓋尺寸均向外延伸220mm，按照要求連接各爐體，抽風(fēng)機(jī)及煤氣凈化裝置等組件；爐體安裝完畢后，按照0.75kg/cm3的堆比重，在爐膛內(nèi)平鋪一層已知水分為10％的煤料，爐膛寬度方向的末端空出約30mm的空間；蓋上爐蓋，連接爐料表面測溫?zé)犭娕?，爐料中心測溫?zé)犭娕?，爐料底部測溫?zé)犭娕迹_始加熱，并開啟抽風(fēng)機(jī)；觀察測試結(jié)果，當(dāng)爐料表面測溫?zé)犭娕歼_(dá)到105℃時，讀取爐料底部測溫?zé)犭娕嫉臏囟葹?00℃；按照相同的堆比重，放置已知水分為5％的煤料，按照相同的操作步驟進(jìn)行升溫，觀察結(jié)果顯示，當(dāng)爐料表面測溫?zé)犭娕歼_(dá)到105℃時，讀取爐料底部測溫?zé)犭娕嫉臏囟葹?00℃。

計算對比傳熱系數(shù)：

η＝Δt(10％水分)/Δt(5％水分)＝(500-105)℃/(600-105)℃＝0.8，則水分為5％的煤料在焦?fàn)t中的初步傳熱速率低于水分為10％的煤料，僅為其80％。

實(shí)施例2

爐膛高度為75mm，寬度為900mm，長度為1000mm，爐膛基座與爐蓋尺寸均向外延伸220mm，按照要求連接各爐體，抽風(fēng)機(jī)及煤氣凈化裝置等組件；爐體安裝完畢后，按照0.85kg/cm³的堆比重，在爐膛內(nèi)平鋪一層已知水分為12％的煤料，爐膛寬度方向的末端空出約30mm的空間；蓋上爐蓋，連接爐料表面測溫?zé)犭娕?，爐料中心測溫?zé)犭娕迹瑺t料底部測溫?zé)犭娕?，開始加熱，并開啟抽風(fēng)機(jī)；觀察測試結(jié)果，當(dāng)爐料表面測溫?zé)犭娕歼_(dá)到105℃時，讀取爐料底部測溫?zé)犭娕嫉臏囟葹?00℃；按照相同的堆比重，放置已知水分為2％的煤料，按照相同的操作步驟進(jìn)行升溫，觀察結(jié)果顯示，當(dāng)爐料表面測溫?zé)犭娕歼_(dá)到105℃時，讀取爐料底部測溫?zé)犭娕嫉臏囟葹?00℃。

計算對比傳熱系數(shù)：

η＝Δt(12％水分)/Δt(2％水分)＝(600-105)℃/(800-105)℃＝0.71，則水分為2％的煤料在焦?fàn)t中的初步傳熱速率低于水分為12％的煤料，僅為其71％。

實(shí)施例3

爐膛高度為55mm，寬度為660mm，長度為800mm，爐膛基座與爐蓋尺寸均向外延伸220mm，按照要求連接各爐體，抽風(fēng)機(jī)及煤氣凈化裝置等組件；爐體安裝完畢后，按照0.75kg/cm3的堆比重，在爐膛內(nèi)平鋪一層已知水分為10％的煤料，爐膛寬度方向的末端空出約30mm的空間；蓋上爐蓋，連接爐料表面測溫?zé)犭娕?，爐料中心測溫?zé)犭娕?，爐料底部測溫?zé)犭娕?，開始加熱，并開啟抽風(fēng)機(jī)；觀察測試結(jié)果，當(dāng)爐料表面測溫?zé)犭娕紅3達(dá)到105℃時，讀取爐料底部測溫?zé)犭娕嫉臏囟萾1為500℃，爐料中心測溫?zé)犭娕嫉臏囟萾2為300℃；按照相同的堆比重，放置已知水分為5％的煤料，按照相同的操作步驟進(jìn)行升溫，觀察結(jié)果顯示，當(dāng)爐料表面測溫?zé)犭娕紅3達(dá)到105℃時，讀取爐料底部測溫?zé)犭娕嫉臏囟萾1為600℃，爐料中心測溫?zé)犭娕嫉臏囟萾2為320℃。

計算對比傳熱系數(shù)：

η_底＝Δt_底(10％水分)/Δt_底(5％水分)＝(500-105)℃/(600-105)℃＝0.8，η_中＝Δt_中(10％水分)/Δt_中(5％水分)＝(300-105)℃/(320-105)℃＝0.91

則水分為5％的煤料在焦?fàn)t中的初步傳熱速率低于水分為10％的煤料，僅為其80％。傳熱到中心的熱量，水分為5％的煤料在焦?fàn)t中的初步傳熱速率低于水分為10％的煤料，為其91％。