[發明專利]一種基于PLC監控的煤自燃升溫研究裝置及方法

在審

• 申請號: 201710450807.9
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN107290474A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 崔傳波;蔣曙光;奚弦;吳征艷;邵昊;王凱;張衛清;李明;夏翠萍;樊德強
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12;G01N25/22
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種煤自燃程序升溫研究裝置及方法。

背景技術

我國擁有豐富的煤炭資源，而且是世界上少數幾個以煤為主要能源的國家之一，煤炭是我國的最大能源消耗品。但是，隨著我國煤炭需求量的增加，煤礦事故頻頻發生，特別是由于煤炭自燃引起的內因火災，不僅會燒毀大量的煤炭資源、材料和生產設備，同時會產生大量的有毒有害氣體，嚴重危及井下人員的生命安全，影響了我國煤炭行業的發展。然而，通常在火災發生的過程中，所產生的有毒有害氣體往往是導致井下人員窒息死亡的關鍵。因此，針對煤自然氧化產生的有毒有害氣體，我們需要采取適當的措施進行監測監控，才能進一步保障工人們的生命安全，促進我國經濟的不斷發展。

長久以來，煤氧化升溫產生的標志性氣體濃度變化一直都廣受眾多學者的關注，很多學者對煤的低溫氧化過程進行了相應的研究，最常用的研究方法是利用氣相色譜儀，根據色譜柱原理來監測煤樣程序升溫過程中所產生的氣體濃度變化狀況。這種儀器作為監測手段具有直接準確，誤報率低，靈敏度好等優點，但是由于造價昂貴，并且受煤礦開采狀況和地質條件的影響，應用到指標氣體實際性監測中去有很大的難度。

因此，目前需要本領域技術人員迫切解決的一個技術問題就是：如何創新的提出一種系統或方法，能夠準確的判斷煤低溫氧化進程中所產生的標志性氣體的濃度，同時確保精度高、靈敏度高、誤報率低、經濟可行。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的不足，提供一種基于PLC監控的煤自燃升溫研究裝置及方法，便于研究煤低溫氧化進程中所產生的標志性氣體的濃度，靈敏度高，使用效果好。

技術方案：一種基于PLC監控的煤自燃升溫研究裝置，包括煤自燃氧化升溫系統和信號采集系統；所述煤自燃氧化升溫系統包含干空氣源、氮氣源、穩壓閥、穩流閥、流量計、溫度傳感器、反應室、管式爐、干燥瓶和排氣口；所述信號采集系統包括CO傳感器、CO₂傳感器、PLC控制器和采集數據的上位機；所述空氣源和氮氣源分別通過第一管路連接到反應室的氣源入口，所述穩壓閥、穩流閥、流量計設置在所述第一管路上，所述反應室的氣源出口通過第二管路連接到集氣瓶，所述CO傳感器和CO₂傳感器設置在所述集氣瓶中，所述干燥瓶設置在第一管路上，所述排氣口設置在所述集氣瓶上，所述溫度傳感器設置在所述管式爐中，CO傳感器和CO₂傳感器的信號輸出通過所述PLC控制器，所述PLC控制器連接所述采集數據的上位機。

進一步的，所述流量計為lzb-2玻璃轉子流量計。

進一步的，所述CO₂傳感器為安費洛T661型二氧化碳傳感器；所述CO傳感器為DDS一氧化碳傳感器。

基于PLC監控的煤自燃升溫研究裝置的方法，包括如下步驟：

步驟1，取煤樣3～10g放置于管式爐中的反應室內；

步驟2，開啟氮氣源，向裝置充入氮氣，用流量計控制充入流量，使其保持在20ml/min，充入時長為1小時，充入的氮氣從集氣瓶的排氣口排出；

步驟3，控制管式爐開始預熱，然后打開信號采集系統，實時采集數據；

步驟4，開啟干空氣源，向裝置通入干空氣，用流量計控制其流量，使其通入速率維持在10ml/min，為煤樣的低溫氧化提供相應的氧氣；

步驟5，設置管式爐升溫速率為1℃/min，并設置升溫范圍為30～250℃，開始為反應室中的煤樣加熱；

步驟6，當管式爐升溫至250℃時，關閉管式爐及干空氣源，同時打開氮氣源，控制通入氮氣流量為50ml/min，等待管式爐冷卻；

步驟7，當管式爐溫度降至30℃時，關閉信號采集系統，關閉氮氣源。

有益效果：本發明通過溫度控制和氣體濃度傳感器，將煤低溫氧化過程的各類待測參數信號變為電信號，通過PLC控制器對信號進行處理發送，監控中心的上位機將PLC控制器所采集的數據進行處理，進而實現對煤低溫氧化指標性氣體的濃度的監控。該研究裝置與現有技術相比結構簡單，造價低，傳感器分辨率高，測量數據精確，通信方式簡單，可靠性高，能提供更加全面準確的溫度、流量和標志性氣體的參數值，使得對煤氧化升溫過程中所產生的指標性氣體濃度監測更加準確。

附圖說明

圖1是本發明的研究裝置結構示意圖；

圖2是本發明研究裝置的原理示意圖；