CN103048205A - 一种型煤热态抗压强度在线测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种型煤热态抗压强度在线测试装置，主要由多功能压力机以及控制系统、开闭式加热炉以及仪表控温系统、惰性气体保护系统和压力机感应器保护水冷系统四部分组成。测试装置的压力机为非标加工，适用型煤热态抗压强度在线测试。为配合开闭式加热炉测试型煤热态抗压强度，包含高强度耐高温氧化铝陶瓷棒两根为压杆。装置中压力机具有断点测试模式，会自动绘制型煤受力过程中的压力/压强与测试时间的关系，在型煤破坏的瞬间停止测试并记录数据。本发明的有益效果是可以对一组型煤样品进行连续的高温状态下的热态抗压强度在线测试，对工业型煤气化有指导意义，并且实现了安全、便捷、准确测试。
Description
技术领域
本发明所涉及的技术领域为型煤评价领域，具体可对工业气化用型煤的热态抗压强度进行在线测试，本发明的装置能模拟在工业气化条件下的型煤热强度测试。
技术背景
煤炭经过开采、洗选，特别是经过混配等加工后，其工艺性质得到了优化，但所得产品多伴有大量粉煤。对于一些需要使用块煤的用户（如层燃锅炉、常压固定床气化炉、鲁奇加压气化炉、炼钢炉等），则需要将配合好的粉煤加工成“块煤”，将粉煤、煤泥、煤灰及粉焦加工成具有一定理化性能的块状燃料或原料的工艺过程，称为粉煤成型，其产品称为型煤或型焦，泛称型煤。粉煤成型的目的不仅是为了将粉煤变成“块煤”，更重要的是为了改变粉煤原有的性质，克服粉煤存在的缺陷，从而将劣质、低效、污染重的粉煤和粉焦转化为优质工业原料和高效、洁净的工业与民用燃料，以满足用户的各种需求。
工业上以块煤、焦炭为燃料或原料的炉窑多属于固定床气化炉型，例如合成氨原料气生产用的煤气化炉（包括常压的、加压的、水煤气炉等）、炼铁高炉、机械制造等行业用的煤气发生炉以及蒸汽机车等。型煤能不能代替块煤和焦炭用于这些固定床炉型，以及应用效果的好坏，关键在于型煤本身的质量是否合乎要求。然而型煤的热态抗压强度相对于其它型煤本身的指标来说更重要。型煤的热态抗压强度是型煤在受热状态下能承受压力的指标，热态抗压强度差的型煤在型煤刚刚入炉后就可能全部粉碎，从而使炉况不稳定，影响设备正常运行。另外，普遍应用的型煤的热稳定性与型煤的热态抗压强度直接相关，型煤的热态抗压强度越高型煤的热稳定性越好。目前对于型煤热态抗压强度的测试方法主要有两类：第一类为MT/T 1 073-2008对于型煤热态抗压强度的测试方法，也叫炉外测试法，其具体步骤为：1.将型煤试样均匀地放人2～4个坩锅中，盖好坩埚盖；2.将马弗炉预先加热到850℃，打开炉门，迅速将坩埚放入恒温区，立即关上炉门并计时，准确加热30min。坩埚放人后，要求炉温在8min内恢复至(850±15)℃，并恒温，否则此次试验作废；3.从马弗炉中取出坩埚，冷却至室温；4.取出型煤，逐个置于规定的试验机的施力面中心位置上，以10～15 mm/min的均匀位移速度单向施力，记录型煤开裂时试验机显示的数值；以10个型煤测定值的算术平均值作为一组测定值，为型煤的热态抗压强度。该种测试方法是将型煤经热处理后冷却到室温后测试得到的强度数值，相当于型煤经过短暂时间热解脱除挥发分后的冷态抗压强度，不能反映型煤在工业气化炉内实际使用时的工况，所以这种方法得到的型煤指标不能很好的指导型煤的工业化应用，具有很大的缺陷。第二类型煤热态抗压强度的测试方法为非标的测试方法，也称为炉内测试法，该方法的具体步骤为：1.将型煤试样均匀地放人2～4个坩锅中，型煤样品上覆盖石英砂，盖好坩埚盖；2.将马弗炉预先加热到850℃，打开炉门，迅速将坩埚放入恒温区，立即关上炉门并计时，准确加热30min。坩埚放人后，要求炉温在8min内恢复至(850±15)℃，并恒温，否则此次试验作废；3.从马弗炉中取出坩埚，并立即用坩埚钳夹出型煤，逐个置于规定的试验机的施力面中心位置上，以10～15 mm/min的均匀位移速度单向施力，记录型煤开裂时试验机显示的数值。以10个型煤测定值的算术平均值作为一组测定值，为型煤的热态抗压强度。该类测试方法虽然在一定程度上能模拟工业气化炉内的工况，但是由于型煤在较高的温度测试时直接暴露在空气中，使型煤外表面层几乎完全处于燃烧状态；而且受测试条件等影响，所得到的热态强度与真实热态抗压强度偏差明显，在实际操作过程中造成型煤的指标波动很大，不能很好的指导型煤的工业化应用。
综上所述，针对型煤热态抗压强度的测试，目前没有一种能够很好模拟工业气化条件下对型煤热强度指标的专用设备，并且一些已有的测试方法都存在极大缺陷不能很好指导工业生产。本发明涉及的装置不需要繁琐的测试步骤便能很好的模拟工业实际运行当中炉子里的工况，并且测试的消耗很低，因此测试型煤的热态抗压强度具有高效、便捷、快速、准确等特点。特别适合于考察型煤用于加压气化炉时所需要的热态抗压强度等指标。
发明内容
本发明的目的在于开发型煤热态抗压强度的测试装置，以实现型煤热态抗压强度的在线测试，从而准确的为工业化生产提供所需的性能参数。
为了达到以上目的，本发明的型煤热态抗压强度在线测试装置采用以下设计：型煤热态抗压强度在线测试装置，主要由多功能压力试验机以及控制系统、开闭式加热炉以及仪表控温系统、惰性气体保护系统和压力机感应器保护水冷系统四部分组成。
所述测试装置的多功能压力机系统为适用型煤热态抗压强度在线测试非标设计加工，主要包括电机、减速器、活动板、底板、顶板、滚珠丝杆、升降柱、轴承板立柱、限位器、编码器、压盘以及压力感应器等部分，为配合开闭式加热炉测试型煤热态抗压强度，需高强度耐高温氧化铝陶瓷棒两根。
所述测试装置中压力机控制系统包括计算机主机、显示器和自带压力测试软件，在断点测试模式下，计算机会自动绘制型煤受力过程中的压力/压强与测试时间的关系、压力/压强与下压盘行程的关系，在型煤破坏的瞬间会停止测试，并且会记录和显示型煤在破裂前所承受的最大压力/压强。
所述测试装置中开闭式加热炉以及仪表控温系统主要包括加热炉、控温显示仪表、热电偶以及导线等；加热炉又包括炉膛、加热炉丝和炉壳等，炉膛为异径炉膛，加热区尺寸为Ф70×170mm，炉膛保温区为相同的两段，分别位于炉膛加热区的上端和下端，其尺寸为Ф51×40mm。
所述测试装置中惰性气体保护系统中包括一些部件和连接气体管线，主要有高压气体瓶、气体减压阀、气体转子流量计、环形管气体分布器已及不锈钢气体管线；环形管气体分布器环内径为Ф51mm，环管内径为Ф3mm，内环上均匀分布有Ф2mm的出气孔8个。
所述测试装置中压力机感应器保护水冷系统的作用是保护压力机感应器，防止由于加热炉高温辐射导致压力机感应器损坏或者失灵。压力机感应器保护水冷系统的主要部件有承接压片、螺旋环形冷却蛇管、蠕动泵、胶皮水管以及金属水管；承接压片通过螺丝直接旋入感应器底部螺纹，其尺寸为Ф50×100mm，一端有M12×30mm的外丝，在承接压片上端有两个Ф6×50mm的孔道，用于通入冷却水冷却压片保护感应器；螺旋环形冷却蛇管为有韧性的金属细管盘绕成，细管尺寸为Ф5×1mm，螺旋环形冷却蛇管高度为100mm，正好可以完全套住承接压片；蠕动泵主要提供冷却水在承接压片内部和螺旋环形冷却蛇内部的循环流动动力，通过冷却水带走炉子辐射在承接压片的热量，可以直接保护压力传感器，使其始终处于室温状态正常工作。
由于本发明经过一系列的技术改进和工艺开发，可以实现型煤热态强度测试在最接近工业气化条件下进行，并且所用到的设备以及仪器都是经过合理设计而且自动化程度很高，所以该测试装置在型煤热态抗压强度在线测试方面相比有了显著的提高；若不只考虑压强值，则可以将型煤加工成任意形状，所得数值为型煤的热态最大抗压力。综上所述，本发明的有益效果是可以对型煤的热态抗压强度实施在线测试，这样可以反映工业型煤的使用工况，对工业型煤气化有指导意义，并且实现了安全、便捷、准确测试。
附图说明
图1是本发明的型煤热态抗压强度在线测试装置的总体装置结构示意图；
图2是本发明的型煤热态抗压强度在线测试装置的加热系统炉子尺寸剖面图。
图1中，1.压力机编码器，2.压力机电机及其减速器3.压力机升降柱及其滚珠丝杆，4.压力机活动板，5.高强度氧化铝陶瓷棒，6.加热炉炉膛加热区，7.型煤样品，8.开闭式加热炉，9.压力机顶板，10. 螺旋环形冷却蛇管，11. 承接压片冷却水孔道，12.蠕动泵，13. 环形管气体分布器，14.气体减压阀，15.转子流量计，16.高压气体瓶。
具体实施方式
本发明的型煤热态抗压强度测试装置包括以下内容：1）将型煤放在多功能压力机（压力机测试模式为断点模式）压盘上的两个氧化铝陶瓷棒之间；本实施例中氧化铝陶瓷棒为两根，其中较长的一根直径为50mm，长度为112mm（图1中5），较短的一根直径为50mm，长度为80mm，较长的一根在下，在其上端放置型煤样（图1中7），然后在型煤上边放置较短的一根氧化铝陶瓷棒；3) 移动开启式加热炉于多功能压力机上，使氧化铝陶瓷棒及其型煤置于加热炉堂内，扣紧加热炉开闭挂扣；开闭式加热炉配有钢筋焊接的支撑平台，该支撑平台被固定在压力机活动板上（图1中4），4) 打开高压气体瓶（图1中16）阀门，打开气体减压阀门（图1中14），通过转子流量计调节气流量至100~200ml/min（图1中15），气体从开闭式加热炉底部经过环形管气体分布器进入加热炉中，调节加热炉温控表至所需温度以及所用时间，最慢20min达到所需温度；环形管气体分布器（图1中13）内径为Ф51mm，稍大于压力机下压盘的直径50mm，正好可以套在压力机下压盘上，环管内径为Ф3mm，内环上均匀分布有Ф2mm的出气孔8个，并且8个出气孔的孔径排布同水平面成30度角，有利于气体均匀顺畅通入炉膛内。在放置开闭式加热炉于压力机上边之前已经将环形管气体分布器套在压力机下压盘上，若压力机用于其他用途时，把该环形管气体分布器及其联接管线取下即可；5）调节加热炉温控表至所需温度以及所用时间。设置完控温仪表后，运行蠕动泵（图1中12），使循环冷却水通过金属水管通入螺旋环形冷却蛇管（图1中10）和承接压片冷却水孔道（图1中11）中；承接压片通过螺丝直接旋入感应器底部螺纹，其尺寸为Ф50×100mm，一端有M12×30mm的外丝，在承接压片上端有两个Ф6×50mm的孔道，2个水冷孔道位于接盘上端1cm处和4cm处。蠕动泵主要提供冷却水在承接压片内部和螺旋环形冷却蛇管内部循环流动的动力，水通过蠕动泵增压后未进入螺旋环形冷却蛇管和承接压盘冷却水孔道之前分为两路，一路走螺旋环形冷却蛇管，一路走承接压盘上两个冷却水孔道，分别通过冷却蛇管和冷却水孔道后合为一路流回容器中。6)温度达到测试条件后运行多功能压力试验机，将测试模式转换到断点测试模式，点击开始测试按钮，电脑将自动完成测试、记录并保存测试结果；7) 点击压力机控制电脑上的下降按钮，使压力机压柱下降1cm，然后快速打开开闭式加热炉取出破裂的型煤，迅速换上下一个型煤样，关闭加热炉，待仪表温度恢复到测试条件后，再点击测试按钮进行测试；8）当所有测试结束后，关闭气体，关闭电加热炉停止加热，待设备自然冷却至室温后停止循环冷却水。
Claims (7)
1.一种型煤热态抗压强度在线测试装置，其特征在于：1) 包含断点模式的非标压力机；2) 加热装置为开闭式加热炉，可置于多功能压力机上；3）上下两个压杆为氧化铝陶瓷棒，并能调节型煤所处位置，使样品处于加热炉堂内恒温区中心位置；4) 通过气体阀门和转子流量计调节惰性气体保护气流量，通过环形管气体分布器进入加热炉中，保护样品免受过度氧化；5) 加热炉最快升温速率为40oC/min，并有恒温区；6) 通过电脑控制压力机自动测试样品的压缩强度；7)通过自动控制使压力机压杆下降，快速打开开闭式加热炉取出破裂的型煤，更换下一个要测的型煤样；此外还包括压力机其它配套装置系统部分：计算机控制系统、仪表控温系统和压力传感器水冷保护系统等。
2.根据权利1所述的型煤热态抗压强度在线测试装置，其特征在于具备断点模式的自动压缩强度测试能力。
3.根据权利1所述的型煤热态抗压强度在线测试装置，其特征在于样品可以在线测试强度。
4.根据权利1所述的型煤热态抗压强度在线测试装置，其特征在于可以连续进行强度测试。
5.根据权利1所述的型煤热态抗压强度在线测试装置，其特征在于加热炉具有开闭功能，样品可快速更换。
6.根据权利1所述的型煤热态抗压强度在线测试装置，其特征在于包含惰性气氛下测试型煤热强度的气体保护系统。
7.根据权利1所述的型煤热态抗压强度在线测试装置，其特征在于有对压力传感器起保护作用的循环冷却水系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130417 |