一种测试煤热解成焦过程的试验装置和方法

摘要

一种测试煤热解成焦过程的试验装置,包括炉底为长方形、侧壁竖直、炉顶为拱形的炉体,其特征在于：所述炉体的前侧和左侧侧壁为炉墙，右侧和后侧侧壁为石英玻璃侧壁，其中右侧的石英玻璃侧壁为设置在滑轨上、可前后移动的活动石英玻璃侧壁(11)；所述炉顶顶部形成有窥视孔(5)。根据本发明，采用实时图像采集可以重现过程行为特性，使过程可视化，从而可以观测到直观、形象的煤成焦过程的膨胀，获得煤膨胀过程压力，可以提高对煤在加热成焦过程中其膨胀特性及煤焦形态变化的认识。

权利要求

1.一种测试煤热解成焦过程的试验装置,包括炉底为长方形、侧壁竖直、炉顶为拱形的炉体,其特征在于：所述炉体的前侧和左侧侧壁为炉墙，右侧和后侧侧壁为石英玻璃侧壁，其中右侧的石英玻璃侧壁为设置在滑轨上、可前后移动的活动石英玻璃侧壁(11)；

所述炉顶顶部形成有窥视孔(5)；

所述一种测试煤热解成焦过程的试验装置还包括，

设置于一侧炉墙内的电炉丝(9)，设置于所述炉体外侧的保温层，设置于所述活动石英玻璃侧壁(11)外侧的压力膨胀仪(16)，设置于所述活动石英玻璃侧壁(11)下方的标尺(18)，设置于所述窥视孔(5)上方的顶部石英玻璃(4)，设置于所述顶部石英玻璃(4)上方的工业摄像机(17),升温过程中通过标尺( 18) 测量煤热解膨胀值，通过压力膨胀仪(16)测量煤热解膨胀压力，通过计算机处理就可以得到煤的最大膨胀率和最大膨胀压力，所述煤为配合煤，粒度小于1mm。

2.根据权利要求1所述的一种测试煤热解成焦过程的试验装置，其特征在于：所述保温层包括：设置于所述炉底下侧和所述炉墙外侧的下部保温层(14)，炉顶周侧的上部保温层(2)，设置于所述石英玻璃侧壁外部的可拆卸保温层(13)。

3.根据权利要求1所述的一种测试煤热解成焦过程的试验装置，其特征在于：所述炉顶的斜面上设置有卤素灯(8)，所述炉体外部设置有控制所述卤素灯的灯光强度控制器。

4.根据权利要求1所述的一种测试煤热解成焦过程的试验装置，其特征在于：所述顶部石英玻璃和所述窥视孔之间形成有高度4-6mm的吹扫狭缝(6)，所述吹扫狭缝(6)与通向所述炉体外部、直径为4-6mm的进气管(1)连接。

5.根据权利要求1所述的一种测试煤热解成焦过程的试验装置，其特征在于：所述左侧炉墙上方设置有通向炉体外部、直径为2-4mm的出气缝(7)，所述出气缝(7)的外部出口设置有抽气冷凝器(15)。

6.一种测试煤热解成焦过程的试验方法，使用一种权利要求1-5任一项所述测试煤热解成焦过程的试验装置，具体步骤如下：步骤一，制备煤样，将粒度<6mm的煤在常温常压下加入粉碎机中粉碎到粒度<1mm，然后将粉碎后的煤样配入水分充分混合均匀使配煤水分为4-6％后从试验装置的顶部装入炉中，并用平板将装入的煤样压实形成方体煤样；

步骤二，热解成焦，装好煤样后安装好密封机构，打开卤素灯光源，通过调节安装于炉外的光源强度控制器，使得工业摄像机能够采集到清晰的过程图像，从进气管通入3-6L/min的惰性气体，打开抽气冷凝器抽出气体，打开电炉丝控制开关程序控制升温至1100℃，在200-450℃阶段升温速率大于450-650℃升温速率，小于650℃以上阶段升温速率；

步骤三，采集数据，当煤样品在加热炉中按给定的温度升温加热时将发生膨胀，从而推动活动石英玻璃侧壁发生移动，通过标尺直接测量膨胀值，并可以利用压力膨胀仪测量煤热解成焦过程膨胀压力，在加热过程中利用工业摄像机对煤成焦过程样品进行实时在线图像采集，处理过程图像得到该温度下煤样线性膨胀值，然后通过计算得到煤样的膨胀率。

7.根据权利要求6所述的一种测试煤热解成焦过程的试验方法，其特征在于：在200-450℃阶段升温速率设定为3℃/min，450-650℃升温速率设定为2.5℃/min，其余阶段为4℃/min。

8.根据权利要求6所述的一种测试煤热解成焦过程的试验方法，其特征在于：取得煤样为190－220mm见方。

说明书

一种测试煤热解成焦过程的试验装置和方法

技术领域

[0001] 本发明属于煤高温热解成焦的测试技术领域，具体涉及一种测试煤热解成焦过程的试验装置和方法。

背景技术

[0002] 我国拥有丰富的煤资源，在能源的利用过程中，对煤的依赖性比重较大。对煤的加工利用煤工作者开展了很多方面的工作。其利用途径主要在三个方面，利用煤进行气化得到合成气(CN1721511A，CN86105896)用来制备甲醇或者用来作为还原气；利用煤进行高温干馏生产焦炭(CN1171807A,CN1465656A)用于高炉炼铁生产；由于石油资源的缺乏，利用煤直接液化制备油(CN1676572A)代替石油也受到越来越多的重视，CN202881174U提出了一种40kg可测量炼焦煤膨胀压力的试验焦炉，也仅仅是一个常规试验焦炉，并不能实现煤热解成焦可视化功能。

[0003] 我国每年生产铁水超过8亿吨，这对炼铁生产焦炭原料有着极大需求，焦炭生产仍然是我国利用煤资源的一个非常重要的途径。煤在焦炉炭化室中受热产生大量的胶质体，并且发生了热分解和聚合反应，最终才形成了可用于高炉生产的焦炭。焦炭在炭化室中随着时间和温度的变化发生了怎样的形态变化，发生了哪些化学或物理反应，变化阶段如何，由于炭化室中是一个高温黑匣子，一直不得而知。利用一种测试煤热解成焦过程的实验装置观察煤在成焦过程中所发生的变化，对于炼焦过程温度制度的控制，煤热解成焦过程中焦炭质量的控制以及胶质体形成量的控制以及配煤结构的调整都具有一定的指导作用。

发明内容

[0004] 本发明专利提出了一种测试煤热解成焦过程的试验装置和方法。本发明的目的是针对煤在热解成焦过程中，煤的成焦递进阶段的膨胀，脱气，胶质体的形成长大，粘结固化的不可见性，发明出一种测试煤热解成焦过程的试验装置和方法，为提高焦炭质量，优化配煤和焦炉操作制度提供指导。

[0005] 一种测试煤热解成焦过程的试验装置,包括炉底为长方形、侧壁竖直、炉顶为拱形的炉体,其特征在于：

[0006] 所述炉体的前侧和左侧侧壁为炉墙，右侧和后侧侧壁为石英玻璃侧壁，其中右侧的石英玻璃侧壁为设置在滑轨上、可前后移动的活动石英玻璃侧壁11；

[0007] 所述炉顶顶部形成有窥视孔5；

[0008] 所述一种测试煤热解成焦过程的试验装置还包括，

[0009] 设置于一侧炉墙内的电炉丝9，设置于所述炉体外侧的保温层，设置于所述活动石英玻璃侧壁11外侧的压力膨胀仪16，设置于所述活动石英玻璃侧壁11下方的标尺18，设置于所述窥视孔5上方的顶部石英玻璃4，设置于所述顶部石英玻璃4上方的工业摄像机17,[0010] 升温过程中通过标尺18测量煤热解膨胀值，通过压力膨胀仪16测量煤热解膨胀压力，通过计算机处理就可以得到块煤的最大膨胀率和最大膨胀压力。

[0011] 由此，可通过顶部的工业摄像机对炉内的煤成焦样品进行实时在线采样，可通过拆卸可拆卸保温层肉眼观测炉内结焦过程，可通过压力膨胀仪测量煤成焦过程中的膨胀压力，通过标尺直接测量膨胀值，得到该温度下煤样线性膨胀值，然后通过计算得到煤样的膨胀率。

[0012] 根据本发明所述的一种测试煤热解成焦过程的试验装置，其特征在于：

[0013] 所述保温层包括：设置于所述炉底下侧和所述炉墙外侧的下部保温层14，炉顶周侧的上部保温层2，设置于所述石英玻璃侧壁外部的可拆卸保温层13。

[0014] 根据本发明所述的一种测试煤热解成焦过程的试验装置，其特征在于：

[0015] 所述炉顶的斜面上设置有卤素灯7，所述炉体外部设置有控制所述卤素灯的灯光强度控制器。

[0016] 由此，可对炉体内进行照明并控制灯光强度，以拍摄清晰的图像。

[0017] 根据本发明所述的一种测试煤热解成焦过程的试验装置，其特征在于：

[0018] 所述顶部石英玻璃和所述窥视孔之间形成有高度4-6mm的吹扫狭缝6，所述吹扫狭缝6与通向所述炉体外部、直径为4-6mm的进气管1连接。

[0019] 根据本发明所述的一种测试煤热解成焦过程的试验装置，其特征在于：

[0020] 所述左侧炉墙上方设置有通向炉体外部、直径为2-4mm的出气缝7，所述出气缝7的外部出口设置有抽气冷凝器15。

[0021] 由此，可将惰性气体N2、He或者Ar气经进气管进入吹扫狭缝后经过窥视孔进入炉顶空间，然后经过出气缝，通过抽气冷凝器将炉内产生的热解气体以及通入的气体抽出炉外，保持气路平稳，通过气体吹扫可以保证产生的焦油气体不粘接在顶部石英玻璃上，保证摄像清晰。

[0022] 本发明所述的一种测试煤热解成焦过程的试验装置，其特征在于：所述前侧侧壁的炉墙上设置有三个测温热电偶插孔。

[0023] 由此，可测量煤样内不同位置的温度。

[0024] 本发明所述的一种测试煤热解成焦过程的试验装置，其特征在于：所述顶部石英玻璃边部设置有密封机构。

[0025] 本发明所述的一种测试煤热解成焦过程的试验装置，其特征在于：所述窥视孔的断面为梯形。

[0026] 一种测试煤热解成焦过程的试验的方法，使用一种测试煤热解成焦过程的试验装置，使用具体步骤如下：

[0027] 步骤一，制备煤样，将粒度<6mm的煤在常温常压下加入粉碎机中粉碎到粒度<1mm，然后将粉碎后的煤样配入水分充分混合均匀使配煤水分为4-6％后从试验装置的顶部装入炉中，并用平板将装入的煤样压实形成方体煤样；

[0028] 步骤二，热解成焦，装好煤样后安装好密封机构，打开卤素灯光源，通过调节安装于炉外的光源强度控制器，使得工业摄像机能够采集到清晰的过程图像。从进气管通入3-6L/min的惰性气体，打开抽气冷凝器抽出气体，打开电阻丝控制开关程序控制升温至1100℃，在200-450℃阶段升温速率大于450-650℃升温速率，小于650℃以上阶段升温速率；

[0029] 步骤三，采集数据，当煤样品在加热炉中按给定的温度升温加热时将发生膨胀，从而推动活动石英玻璃侧壁发生移动，通过标尺直接测量膨胀值，并可以利用压力膨胀仪测量煤热解成焦过程膨胀压力，在加热过程中利用工业摄像机对煤成焦过程样品进行实时在线图像采集，处理过程图像得到该温度下煤样线性膨胀值，然后通过计算得到煤样的膨胀率。

[0030] 根据本发明所述的一种测试煤热解成焦过程的试验方法，其特征在于：

[0031] 在200-450℃阶段升温速率设定为3℃/min，450-650℃升温速率设定为2.5℃/min，其余阶段为4℃/min。

[0032] 根据本发明所述的一种测试煤热解成焦过程的试验方法，其特征在于：

[0033] 取得煤样为190－220mm见方。

[0034] 根据本发明所述一种测试煤热解成焦过程的试验方法，其特征在于，所述试验装置包括炉底为长方形、侧壁竖直、炉顶为拱形的炉体，所述炉体的前侧和左侧侧壁为炉墙，右侧和后侧侧壁为石英玻璃侧壁，其中右侧的石英玻璃侧壁为设置在滑轨上、可前后移动的活动石英玻璃侧壁(11)；

[0035] 所述炉顶顶部形成有窥视孔(5)；

[0036] 所述一种测试煤热解成焦过程的试验装置还包括，

[0037] 设置于一侧炉墙内的电炉丝(9)，设置于所述炉体外侧的保温层，设置于所述活动石英玻璃侧壁(11)外侧的压力膨胀仪(16)，设置于所述活动石英玻璃侧壁(11)下方的标尺(18)，设置于所述窥视孔(5)上方的顶部石英玻璃(4)，设置于所述顶部石英玻璃(4)上方的工业摄像机(17),

[0038] 升温过程中通过标尺18测量煤热解膨胀值，通过压力膨胀仪16测量煤热解膨胀压力，通过计算机处理就可以得到块煤的最大膨胀率和最大膨胀压力。

[0039] 根据本发明所述一种测试煤热解成焦过程的试验方法，其特征在于：

[0040] 所述保温层包括：设置于所述炉底下侧和所述炉墙外侧的下部保温层(14)，炉顶周侧的上部保温层(2)，设置于所述石英玻璃侧壁外部的可拆卸保温层(13)。

[0041] 根据本发明所述一种测试煤热解成焦过程的试验方法，其特征在于：

[0042] 所述炉顶的斜面上设置有卤素灯(7)，所述炉体外部设置有控制所述卤素灯的灯光强度控制器。

[0043] 根据本发明所述一种测试煤热解成焦过程的试验方法，其特征在于：

[0044] 所述顶部石英玻璃和所述窥视孔之间形成有高度4-6mm的吹扫狭缝(6)，所述吹扫狭缝(6)与通向所述炉体外部、直径为4-6mm的进气管(1)连接。

[0045] 根据本发明所述一种测试煤热解成焦过程的试验方法，其特征在于：

[0046] 所述左侧炉墙上方设置有通向炉体外部、直径为2-4mm的出气缝(7)，所述出气缝(7)的外部出口设置有抽气冷凝器(15)。

[0047] 根据本发明，采用实时图像采集可以重现过程行为特性，使过程可视化，从而可以观测到直观、形象的煤成焦过程的膨胀，获得煤膨胀过程压力，可以提高对煤在加热成焦过程中其膨胀特性及煤焦形态变化的认识。

[0048] 通过一种测试煤热解成焦过程的试验装置和方法能够很好的检测煤在不同温度和不同加热速度条件下的热解和脱气过程，膨胀行为及膨胀特性，从而为炼焦过程中煤的使用提供指导，同时也为解析炭化室结焦过程提供了一种新的方法。

附图说明

[0049] 图1为一种测试煤热解成焦过程的试验装置示意图；

[0050] 其中1为进气管；2为上保温层；3为密封机构；4为顶部石英玻璃；5为窥视孔；6为吹扫狭缝；7为出气缝；8为卤素灯；9为电炉丝；10为料层；11为活动石英玻璃侧壁；12为电偶插孔；11为可拆卸保温层；14为下部保温层；15为抽气冷凝器；16为压力膨胀仪；17为工业摄像机；18为标尺。

具体实施方式

[0051] 实施例1

[0052] 将灰分为13.11％，固定碳含量为61.93％，挥发份含量为23.87％，水分含量为1.09％的小于6mm的配合煤破碎到小于1mm，配入水分使配煤水分为4％后加入炉中保证体积为200mm*200mm*200mm。

[0053] 通过调节安装于炉外的光源强度控制器，使得工业摄像机17能够采集到清晰的过程图像。从进气管1通入3L/min的N2气，打开抽气冷凝器15保证气体排出，打开电阻丝控制开关程序控制升温至目标温度，在200-450℃阶段升温速率设定为3℃/min，450-650℃升温速率设定为2.5℃/min，其余阶段为4℃/min，升温过程中通过标尺18测量煤热解膨胀值，通过压力膨胀仪16测量煤热解膨胀压力，通过计算机处理就可以得到煤的最大膨胀率为4.3％，并测得最大膨胀压力为3.33kPa。

[0054] 实施例2

[0055] 将灰分为16.27％，固定碳含量为59.67％，挥发份含量为23.21％，水分含量为0.85％的小于6mm的配合煤破碎到小于1mm，配入水分使配煤水分为5％后加入炉中保证体积为200mm*200mm*200mm。

[0056] 通过调节安装于炉外的光源强度控制器，使得工业摄像机17能够采集到清晰的过程图像。从进气管1通入4L/min的Ar气，打开抽气冷凝器15保证气体排出，打开电阻丝控制开关程序控制升温至目标温度，在200-450℃阶段升温速率设定为3℃/min，450-650℃升温速率设定为2.5℃/min，其余阶段为4℃/min，升温过程中通过标尺18测量煤热解膨胀值，通过压力膨胀仪16测量煤热解膨胀压力，通过计算机处理就可以得到块煤的最大膨胀率4.15％和最大膨胀压力为3.16kPa。

[0057] 实施例3

[0058] 将灰分为10.11％，固定碳含量为66.93％，挥发份含量为21.87％，水分含量为1.09％的小于6mm的配合煤破碎到小于1mm，配入水分使配煤水分为5％后加入炉中保证体积为200mm*200mm*200mm。

[0059] 通过调节安装于炉外的光源强度控制器，使得工业摄像机17能够采集到清晰的过程图像。从进气管1通入5L/min的Ar气，打开抽气冷凝器15保证气体排出，打开电阻丝控制开关程序控制升温至目标温度，在200-450℃阶段升温速率设定为3℃/min，450-650℃升温速率设定为2.5℃/min，其余阶段为4℃/min，升温过程中通过标尺18测量煤热解膨胀值，通过压力膨胀仪16测量煤热解膨胀压力，通过计算机处理就可以得到块煤的最大膨胀率为4.65％和最大膨胀压力为13.65kPa。

[0060] 实施例4

[0061] 将灰分为11.10％，固定碳含量为76.24％，挥发份含量为11.39％，水分含量为1.27％的小于6mm的配合煤破碎到小于1mm，配入水分使配煤水分为6％后加入炉中保证体积为200mm*200mm*200mm。

[0062] 通过调节安装于炉外的光源强度控制器，使得工业摄像机17能够采集到清晰的过程图像。从进气管1通入6L/min的He气，打开抽气冷凝器15保证气体排出，打开电阻丝控制开关程序控制升温至目标温度，在200-450℃阶段升温速率设定为3℃/min，450-650℃升温速率设定为2.5℃/min，其余阶段为4℃/min，升温过程中通过标尺18测量煤热解膨胀值，通过压力膨胀仪16测量煤热解膨胀压力，通过计算机处理就可以得到块煤的最大膨胀率为5.55％和最大膨胀压力为55.7kPa。

[0063] 根据本发明，采用实时图像采集可以重现过程行为特性，使过程可视化，从而可以观测到直观、形象的煤成焦过程的膨胀，获得煤膨胀过程压力，可以提高对煤在加热成焦过程中其膨胀特性及煤焦形态变化的认识。

[0064] 通过一种测试煤热解成焦过程的试验装置和方法能够很好的检测煤在不同温度和不同加热速度条件下的热解和脱气过程，膨胀行为及膨胀特性，从而为炼焦过程中煤的使用提供指导，同时也为解析炭化室结焦过程提供了一种新的方法。