一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤高溫?zé)峤獬山沟臏y試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國擁有豐富的煤資源，在能源的利用過程中，對(duì)煤的依賴性比重較大。對(duì)煤的加工利用煤工作者開展了很多方面的工作。其利用途徑主要在三個(gè)方面，利用煤進(jìn)行氣化得到合成氣(CN1721511A，CN86105896)用來制備甲醇或者用來作為還原氣；利用煤進(jìn)行高溫干餾生產(chǎn)焦炭(CN1171807A，CN1465656A)用于高爐煉鐵生產(chǎn)；由于石油資源的缺乏，利用煤直接液化制備油(CN1676572A)代替石油也受到越來越多的重視，CN202881174U提出了一種40kg可測量煉焦煤膨脹壓力的試驗(yàn)焦?fàn)t，也僅僅是一個(gè)常規(guī)試驗(yàn)焦?fàn)t，并不能實(shí)現(xiàn)煤熱解成焦可視化功能。
[0003]我國每年生產(chǎn)鐵水超過8億噸，這對(duì)煉鐵生產(chǎn)焦炭原料有著極大需求，焦炭生產(chǎn)仍然是我國利用煤資源的一個(gè)非常重要的途徑。煤在焦?fàn)t炭化室中受熱產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體，并且發(fā)生了熱分解和聚合反應(yīng)，最終才形成了可用于高爐生產(chǎn)的焦炭。焦炭在炭化室中隨著時(shí)間和溫度的變化發(fā)生了怎樣的形態(tài)變化，發(fā)生了哪些化學(xué)或物理反應(yīng)，變化階段如何，由于炭化室中是一個(gè)高溫黑匣子，一直不得而知。利用一種測試煤熱解成焦過程的實(shí)驗(yàn)裝置觀察煤在成焦過程中所發(fā)生的變化，對(duì)于煉焦過程溫度制度的控制，煤熱解成焦過程中焦炭質(zhì)量的控制以及膠質(zhì)體形成量的控制以及配煤結(jié)構(gòu)的調(diào)整都具有一定的指導(dǎo)作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明專利提出了一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置和方法。本發(fā)明的目的是針對(duì)煤在熱解成焦過程中，煤的成焦遞進(jìn)階段的膨脹，脫氣，膠質(zhì)體的形成長大，粘結(jié)固化的不可見性，發(fā)明出一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置和方法，為提高焦炭質(zhì)量，優(yōu)化配煤和焦?fàn)t操作制度提供指導(dǎo)。
[0005]一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置，包括爐底為長方形、側(cè)壁豎直、爐頂為拱形的爐體，其特征在于:
[0006]所述爐體的前側(cè)和左側(cè)側(cè)壁為爐墻，右側(cè)和后側(cè)側(cè)壁為石英玻璃側(cè)壁，其中右側(cè)的石英玻璃側(cè)壁為設(shè)置在滑軌上、可前后移動(dòng)的活動(dòng)石英玻璃側(cè)壁11;
[0007]所述爐頂頂部形成有窺視孔5 ；
[0008]所述一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置還包括，
[0009]設(shè)置于一側(cè)爐墻內(nèi)的電爐絲9，設(shè)置于所述爐體外側(cè)的保溫層，設(shè)置于所述活動(dòng)石英玻璃側(cè)壁11外側(cè)的壓力膨脹儀16，設(shè)置于所述活動(dòng)石英玻璃側(cè)壁11下方的標(biāo)尺18，設(shè)置于所述窺視孔5上方的頂部石英玻璃4，設(shè)置于所述頂部石英玻璃4上方的工業(yè)攝像機(jī)17，
[0010]升溫過程中通過標(biāo)尺18測量煤熱解膨脹值，通過壓力膨脹儀16測量煤熱解膨脹壓力，通過計(jì)算機(jī)處理就可以得到塊煤的最大膨脹率和最大膨脹壓力。
[0011]由此，可通過頂部的工業(yè)攝像機(jī)對(duì)爐內(nèi)的煤成焦樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)在線采樣，可通過拆卸可拆卸保溫層肉眼觀測爐內(nèi)結(jié)焦過程，可通過壓力膨脹儀測量煤成焦過程中的膨脹壓力，通過標(biāo)尺直接測量膨脹值，得到該溫度下煤樣線性膨脹值，然后通過計(jì)算得到煤樣的膨脹率。
[0012]根據(jù)本發(fā)明所述的一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置，其特征在于:
[0013]所述保溫層包括:設(shè)置于所述爐底下側(cè)和所述爐墻外側(cè)的下部保溫層14，爐頂周側(cè)的上部保溫層2，設(shè)置于所述石英玻璃側(cè)壁外部的可拆卸保溫層13。
[0014]根據(jù)本發(fā)明所述的一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置，其特征在于:
[0015]所述爐頂?shù)男泵嫔显O(shè)置有鹵素?zé)?，所述爐體外部設(shè)置有控制所述鹵素?zé)舻臒艄鈴?qiáng)度控制器。
[0016]由此，可對(duì)爐體內(nèi)進(jìn)行照明并控制燈光強(qiáng)度，以拍攝清晰的圖像。
[0017]根據(jù)本發(fā)明所述的一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置，其特征在于:
[0018]所述頂部石英玻璃和所述窺視孔之間形成有高度4_6mm的吹掃狹縫6，所述吹掃狹縫6與通向所述爐體外部、直徑為4-6mm的進(jìn)氣管I連接。
[0019]根據(jù)本發(fā)明所述的一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置，其特征在于:
[0020]所述左側(cè)爐墻上方設(shè)置有通向爐體外部、直徑為2_4mm的出氣縫7，所述出氣縫7的外部出口設(shè)置有抽氣冷凝器15。
[0021]由此，可將惰性氣體N2、He或者Ar氣經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入吹掃狹縫后經(jīng)過窺視孔進(jìn)入爐頂空間，然后經(jīng)過出氣縫,通過抽氣冷凝器將爐內(nèi)產(chǎn)生的熱解氣體以及通入的氣體抽出爐夕卜，保持氣路平穩(wěn)，通過氣體吹掃可以保證產(chǎn)生的焦油氣體不粘接在頂部石英玻璃上，保證攝像清晰。
[0022]本發(fā)明所述的一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述前側(cè)側(cè)壁的爐墻上設(shè)置有三個(gè)測溫?zé)犭娕疾蹇住?br>[0023]由此，可測量煤樣內(nèi)不同位置的溫度。
[0024]本發(fā)明所述的一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述頂部石英玻璃邊部設(shè)置有密封機(jī)構(gòu)。
[0025]本發(fā)明所述的一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述窺視孔的斷面為梯形。
[0026]一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)的方法，使用一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置，使用具體步驟如下:
[0027]步驟一，制備煤樣，將粒度<6mm的煤在常溫常壓下加入粉碎機(jī)中粉碎到粒度〈1_，然后將粉碎后的煤樣配入水分充分混合均勻使配煤水分為4-6%后從試驗(yàn)裝置的頂部裝入爐中，并用平板將裝入的煤樣壓實(shí)形成方體煤樣；
[0028]步驟二，熱解成焦，裝好煤樣后安裝好密封機(jī)構(gòu)，打開鹵素?zé)艄庠?，通過調(diào)節(jié)安裝于爐外的光源強(qiáng)度控制器，使得工業(yè)攝像機(jī)能夠采集到清晰的過程圖像。從進(jìn)氣管通入
3-6L/min的惰性氣體，打開抽氣冷凝器抽出氣體，打開電阻絲控制開關(guān)程序控制升溫至1100°C，在200-450°C階段升溫速率大于450-650°C升溫速率，小于650°C以上階段升溫速率;
[0029]步驟三，采集數(shù)據(jù)，當(dāng)煤樣品在加熱爐中按給定的溫度升溫加熱時(shí)將發(fā)生膨脹，從而推動(dòng)活動(dòng)石英玻璃側(cè)壁發(fā)生移動(dòng)，通過標(biāo)尺直接測量膨脹值，并可以利用壓力膨脹儀測量煤熱解成焦過程膨脹壓力，在加熱過程中利用工業(yè)攝像機(jī)對(duì)煤成焦過程樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)在線圖像采集，處理過程圖像得到該溫度下煤樣線性膨脹值，然后通過計(jì)算得到煤樣的膨脹率。
[0030]根據(jù)本發(fā)明所述的一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)方法，其特征在于:
[0031]在200-450°C階段升溫速率設(shè)定為3°C /min，450-650°C升溫速率設(shè)定為2.5°C /min，其余階段為4°C /min。
[0032]根據(jù)本發(fā)明所述的一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)方法，其特征在于:
[0033]取得煤樣為190 - 220mm見方。
[0034]根據(jù)本發(fā)明所述一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)方法，其特征在于，所述試驗(yàn)裝置包括爐底為長方形、側(cè)壁豎直、爐頂為拱形的爐體，所述爐體的前側(cè)和左側(cè)側(cè)壁為爐墻，右側(cè)和后側(cè)側(cè)壁為石英玻璃側(cè)壁，其中右側(cè)的石英玻璃側(cè)壁為設(shè)置在滑軌上、可前后移動(dòng)的活動(dòng)石英玻璃側(cè)壁(11);
[0035]所述爐頂頂部形成有窺視孔(5)；
[0036]所述一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝置還包括，
[0037]設(shè)置于一側(cè)爐墻內(nèi)的電爐絲(9)，設(shè)置于所述爐體外側(cè)的保溫層，設(shè)置于所述活動(dòng)石英玻璃側(cè)壁(11)外側(cè)的壓力膨脹儀(16)，設(shè)置于所述活動(dòng)石英玻璃側(cè)壁(11)下方的標(biāo)尺(18)，設(shè)置于所述窺視孔(5)上方的頂部石英玻璃(4)，設(shè)置于所述頂部石英玻璃(4)上方的工業(yè)攝像機(jī)(17)，
[0038]升溫過程中通過標(biāo)尺18測量煤熱解膨脹值，通過壓力膨脹儀16測量煤熱解膨脹壓力，通過計(jì)算機(jī)處理就可以得到塊煤的最大膨脹率和最大膨脹壓力。
[0039]根據(jù)本發(fā)明所述一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)方法，其特征在于:
[0040]所述保溫層包括:設(shè)置于所述爐底下側(cè)和所述爐墻外側(cè)的下部保溫層(14)，爐頂周側(cè)的上部保溫層(2)，設(shè)置于所述石英玻璃側(cè)壁外部的可拆卸保溫層(13)。
[0041]根據(jù)本發(fā)明所述一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)方法，其特征在于:
[0042]所述爐頂?shù)男泵嫔显O(shè)置有鹵素?zé)?7)，所述爐體外部設(shè)置有控制所述鹵素?zé)舻臒艄鈴?qiáng)度控制器。
[0043]根據(jù)本發(fā)明所述一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)方法，其特征在于:
[0044]所述頂部石英玻璃和所述窺視孔之間形成有高度4_6mm的吹掃狹縫(6)，所述吹掃狹縫(6)與通向所述爐體外部、直徑為4-6mm的進(jìn)氣管(I)連接。
[0045]根據(jù)本發(fā)明所述一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)方法，其特征在于:
[0046]所述左側(cè)爐墻上方設(shè)置有通向爐體外部、直徑為2_4mm的出氣縫(7)，所述出氣縫
(7)的外部出口設(shè)置有抽氣冷凝器(15)。
[0047]根據(jù)本發(fā)明，采用實(shí)時(shí)圖像采集可以重現(xiàn)過程行為特性，使過程可視化，從而可以觀測到直觀、形象的煤成焦過程的膨脹，獲得煤膨脹過程壓力，可以提高對(duì)煤在加熱成焦過程中其膨脹特性及煤焦形態(tài)變化的認(rèn)識(shí)。
[0048]通過一種測試煤熱解成焦過程的試驗(yàn)裝