[發明專利]一種煉焦煤炭化行為關聯性的檢測方法及裝置

有效

• 申請號: 201811278207.X
• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109444373B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 汪琦;胡文佳;趙雪飛;張松;孫家富
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

1.一種煉焦煤炭化行為關聯性的檢測裝置的檢測方法，所述的裝置包括：控制柜、電子天平、爐體、加熱體、熱電偶、煤杯、載荷傳感器、位移傳感器、探針位移傳感器、探針壓力傳感器、氣缸、調壓裝置、空氣壓縮機以及支撐和固定裝置，還包括1#導桿、2#導桿、連接桿、壓力盤、步進電機、絲桿；步進電機和氣缸固定在頂部固板上，步進電機的推拉力由絲桿傳動給探針推板，絲桿、探針位移傳感器和探針壓力傳感器固定在探針推板上，探針推板固定于套在升降滑桿的軸套上，組成膠質體黏稠性及厚度探測儀；

所述的檢測裝置通過組態軟件編程控制步進電機經絲桿推拉探針，實現對膠質體黏稠性及厚度的自動測量；通過調節壓力盤與載荷傳感器間連接的1#導桿的中部螺母的位置，使煤杯內容積恒定；

其特征在于，所述的檢測方法包括恒容檢測方法，具體步驟為：

1)實驗準備，依據GB479-2000中規定標準，制備包裹煤樣的濾紙條和石棉墊片，及探針運行通道紙管；并按棋盤式取樣法，從粒度不大于1.5mm的200g煤樣中縮分出質量為100±0.5g的試樣，后按GB 479-2000中規定步驟對煤樣進行裝杯操作；

2)檢測裝置安裝，將1#導桿與壓力盤連接，并與裝好煤樣的煤杯組裝好，后整體放入爐膛內，通過連接桿將位移傳感器與1#導桿連接，再將連有位移傳感器的1#導桿與載荷傳感器連接，調節1#導桿中部螺母所處位置使壓力盤剛好接觸煤樣的上表面，固定壓力盤位置使煤杯內容積恒定，將探針插入紙管內，再與探針壓力傳感器相連，將連有探針的壓力傳感器固定在探針推板上，將熱電偶插入到熱電偶套管中，確保控溫熱電偶處于套管底部；

3)設備調控與參數設置，在控制柜觸控屏的程序設置頁面設定控溫儀表的升溫程序，使煤杯底部由室溫升至250℃過程中升溫速率滿足8℃/min，250℃以后的升溫速率滿足3℃/min；在控制柜觸控屏的溫度設置窗口，設置膠質體黏稠性及厚度檢測的開始溫度處于300℃～400℃范圍內，終止檢測溫度處于600℃～800℃范圍內；通過控制柜觸控屏上的按鍵控制步進電機推拉探針，調節探針的初始位置，確保探針的頂端處于煤層的上方；在觸控屏上的探針參數設置窗口，設定探針由初始位置向下運行時所遇阻力的上限值處于20～26N范圍內，當所遇阻力超過上限值時，探針向上返回至初始位置，設定探針每次由初始位置向下運動的時間間隔處在300s～720s范圍內；將探針處于初始位置時的阻力顯示清零，打開電子天平并清零，在觸控屏上點擊開始升溫開關，選擇恒容測試模式，開始檢測；

4)數據采集，實驗過程中，煤杯底部加熱體對煤樣單向加熱，通過控溫熱電偶檢測杯底溫度，控溫儀表經可控硅調壓器調節加熱體功率，使杯底的升溫速率滿足要求，隨杯底溫度的升高，探針運行通道紙管的下部先燃燒而上部不變，下部形成的空隙被周圍煤料填滿，處于杯底部的煤樣首先受熱軟化、熔融并析出揮發分，揮發分逸出造成煤樣失重，失重量變化經電子天平檢測，由于存在溫度梯度，遠離杯底的煤樣溫度低，炭化程度弱，煤樣自上而下形成具有不同黏稠性的炭化狀態層，從而探針沿紙管向下運行時，觸碰處于不同炭化狀態物料時所受阻力不同，探針壓力傳感器探測到的阻力大小反映了物料的黏稠度，探針位移傳感器記錄探針下行時位移變化，阻力與位移檢測同步進行，當探針自上而下運行時，探測阻力由0N增至1～2N時對應位置為膠質層上層面，阻力增至18～23N時對應位置為膠質層下層面，層面間的位置差即為膠質層厚度，炭化過程中，由于膠質層內氣、液、固三相物質的形成，導致的煤料膨脹與收縮經位移傳感器檢測，引起的膠質體內壓變化經載荷傳感器檢測，上述過程中的測量數據均由控制柜存儲并在觸控屏幕上實時顯示；

5)數據處理，恒容條件下，由控溫熱電偶檢測數據得杯底溫度變化曲線T_bottom，由載荷傳感器檢測數據得炭化過程中膠質體內壓變化曲線p，由位移傳感器檢測數據得炭化過程中料層收縮與膨脹程度變化曲線x，由電子天平檢測數據得炭化過程中揮發分析出率隨炭化時間變化曲線f，對其求導，得揮發分析出速率變化曲線df/dt，由探針壓力傳感器與探針位移傳感器測量探針自上而下運動時的位移與阻力數據，得不同測量時刻下探針所受阻力隨位移變化曲線h-v，反映了炭化過程中膠質體黏稠性的變化，曲線呈現規律性趨勢，即隨位移增加，探針阻力由零逐漸增加至一最大值，后逐漸降低至一恒定范圍，最后再次快速升高，定義阻力處于0～2N與18～23N時對應位置的高度差為膠質層厚度，依據曲線將膠質層劃分成四個結構區域：阻力上升區、阻力下降區、阻力恒定區和阻力陡升區，由此得不同測量時刻下膠質層厚度y和各結構區域的厚度，以及探針阻力增至最大值時的阻力值v_max和探針處于阻力恒定區時的最小阻力v_min，將煉焦煤炭化過程中杯底溫度、形成膠質體內壓、料層收縮-膨脹程度、揮發分析出率及析出速率和膠質層厚度數據隨炭化時間的變化作成一幅圖，即為恒容條件下煉焦煤炭化行為關聯性曲線圖，同時還能得最大膠質層厚度y_max、最大失重速率df/dt_max、平均峰壓及最終收縮度x’。

2.根據權利要求1所述的一種煉焦煤炭化行為關聯性的檢測裝置的檢測方法，其特征在于，氣缸與載荷傳感器相連，位移傳感器經連接桿與載荷傳感器相連，載荷傳感器經導桿與壓力盤相連，組成膠質體內壓和體積形變檢測儀；煤杯與爐體分離，煤杯及上部裝置由支架托起置于電子天平上，爐體經支架托起置于桌面上，電子天平為揮發分析出率及速率檢測儀；空氣壓縮機、調壓裝置及氣缸間通過氣路相連，組成壓力調控系統；控制柜通過輸入輸出數據卡與前述各檢測、驅動及加熱裝置相連，實現對實驗過程的調控、數據采集與存儲及實時顯示。