CN103644732A - 煤自燃高温程序升温装置及利用该装置的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤自燃高温程序升温装置及利用该装置的测试方法，该装置包括炉体、罐体、测温组件和温度控制面板，炉体的上方设有炉盖，当炉盖盖在炉体上方时，炉体和炉盖组成一个炉膛，炉膛外设置碳钢层，碳钢层外设置不锈钢层，炉膛与碳钢层之间、碳钢层与不锈钢层之间均设置间隙；罐体位于炉膛内，炉体的侧壁和底部均设置有加热单元，炉体的侧壁上设置有监测炉膛内温度的测温组件，加热单元和测温组件均与温度控制面板相连。本发明提供了一种能够将煤自燃程序升温实验的温度提高到1000℃的煤自燃高温程序升温装置及利用该装置的测试方法。通过该实验装置对煤样进行高温程序升温，建立相关煤自燃模型，可为煤田火的防治提供较好的指导。

Description

煤自燃高温程序升温装置及利用该装置的测试方法

技术领域

本发明属于实验测试装置技术领域，具体涉及一种煤自燃高温程序升温装置及利用该装置的测试方法。

背景技术

煤田火灾是全球性的灾难，严重威胁着人类健康、自然环境和煤矿安全生产，造成巨大的资源损失和环境污染。煤田火区形成演化过程复杂，燃烧时间长、范围广、高温火源隐蔽，治理难度大，已成为当前亟待解决的难题。现有煤自燃特性参数测试的实验装置繁多，主要有大型煤自燃发火试验台、煤自燃低温程序升温试验装置两种。但是这两种试验台仅能测试煤自燃低温阶段的特性参数，为煤自燃预测预报提供参考，有效地预防煤田火区的形成。但是，对于已经发展演化成型的煤田火区无法进行各种特性参数的研究，不能为煤田火的治理工作提供有效地指导。

发明内容

为了解决现有实验装置无法试验高温阶段测试的技术问题，本发明提供了一种煤自燃高温程序升温装置及利用该装置的测试方法。

本发明的第一种技术解决方案是：

煤自燃高温程序升温装置，其特殊之处在于：包括炉体、罐体、测温组件和温度控制面板，

炉体的上方设有炉盖，炉体和炉盖为分体式，炉盖上设有第一通孔，第一通孔设有用于密封第一通孔的堵头，当炉盖盖在炉体上方时，炉体和炉盖组成一个炉膛，炉膛外设置碳钢层，碳钢层外设置不锈钢层，炉膛与碳钢层之间设置第一间隙，碳钢层与不锈钢层之间设置第二间隙；

罐体位于炉膛内，罐体上设有罐盖，罐体与罐盖密闭连接，罐体的底部设置有进气管，罐盖上设置有出气管，进气管和出气管的一端均与罐体相连通、另一端均从第一通孔穿出；

炉体的侧壁和炉体的底部均设置有加热单元，炉体的侧壁上设置有监测炉膛内温度的测温组件，测温组件包括罐体内测温单元和罐体外测温单元，罐体内测温单元用于测量罐体内的温度，加热单元和测温组件均与温度控制面板相连。

该装置还包括架体，架体上固定有升降机和与升降机相连的电机，所述炉体的侧壁固定在升降机上，炉盖固定在架体上。

上述罐体上设置有第二通孔，罐体内测温单元穿过第二通孔进入罐体内，罐体内测温单元的数量与罐体的数量相等。

上述第一间隙为真空层，加热单元为电炉丝，罐体内测温单元和罐体外测温单元均为单铂铑热电偶，炉体底部的炉膛上设置有耐火砖，炉体侧壁的电炉丝镶嵌在炉膛上，炉体底部的电炉丝镶嵌在耐火砖上。

上述炉体的形状为长方体，包括两个短侧壁和两个长侧壁，两个短侧壁上均设置有所述罐体外测温单元，罐体内测温单元位于长侧壁上。

上述罐体的形状为圆柱体，第二通孔位于罐体的1／2高处，罐体内测温单元的安装位置与第二通孔等高，罐体外测温单元位于短侧壁的中心处。

上述进气管和出气管均为碳钢导气管，炉膛为陶瓷纤维炉膛，罐体为耐高温碳硅材料罐体，罐体与罐盖之间通过法兰密闭连接。

上述第一通孔的数量为6，第一通孔在炉盖上分布两行，每行3个，每行和炉体的长侧壁平行，罐体包括6个，罐体分别设置在第一通孔的下方，每个罐体的进气管和出气管均从其中一个第一通孔穿出，两个长侧壁上分别设置有3个罐体内测温单元，两个短侧壁上分别设置一个罐体外测温单元；

所述温度控制面板上设置有8个温控仪表，所述罐体内测温单元和罐体外测温单元与所述温控仪表一一对应相连。

本发明的第二种技术解决方案是：

煤自燃高温程序升温装置的测试方法，其特殊之处在于：包括以下操作步骤：

1】将破碎、筛分好的煤样装入到罐体中，然后将罐体和罐盖密闭；

2】将炉体与炉盖分离，将装好煤样的罐体固定在第一通孔下方的炉膛内，将罐体的进气管和出气管从罐体上方炉盖的第一通孔穿出，并将进气管与供气单元相连；

3】将炉体与炉盖相密合；

4】操作温度控制面板，通过温控仪表设定具体的升温程序，控制加热单元调节炉体内温度，使炉体内温度从室温加热至50-1000℃；

5】在每个罐体煤样的十倍数温度点，从每个罐体的出气管采集气体，在气相色谱分析仪内检测气体组分。

上述步骤2】中炉体与炉盖分离，是利用升降机将炉体与炉盖分离的；步骤3】中炉体与炉盖相密合，是利用升降机将炉体与炉盖相密合的；步骤4】中炉体内温度是从室温加热至200-1000℃。

本发明的优点：

通过采用耐高温材料，设计该装置，能够将煤自燃程序升温实验的温度提高到1000℃，更加真实地反映煤自燃高温条件下的反应情况。

而且，该装置通过采用电动升降装置，使操作更加简单、方便。该装置的温度控制也从现有的人工设定，改为温度自动巡检和人工设定，使炉内气氛温度的控制更加精确。通过该实验装置对煤样进行高温程序升温，建立相关煤自燃模型，可为煤田火的防治提供较好的指导。

附图说明

图1是本发明煤自燃高温程序升温装置罐体结构示意图；

图2是本发明煤自燃高温程序升温装置炉体正视图；

图3是本发明煤自燃高温程序升温装置炉体俯视图；

图4是本发明煤自燃高温程序升温装置的俯视图；

图5是本发明煤自燃高温程序升温装置的正视图。

附图标记：

1-炉盖；2-罐体；3-第一通孔；4-炉膛；5-碳钢层；6-第一间隙；7-不锈钢层；8-第二间隙；9-进气管；10-加热单元；11-罐体内测温单元；12-罐体外测温单元；13-升降机；14-电机；15-架体；16-出气管。

具体实施方式

本发明提供的煤自燃高温程序升温装置，包括炉体、罐体2、架体15、测温组件、加热单元10和温度控制面板。

本发明的炉体采用只提式打开方式，参见图2，在炉体的上方设有炉盖1，炉体和炉盖为分体式，炉盖上设有第一通孔3，第一通孔设有用于密封第一通孔的堵头，第一通孔呈管状，管状第一通孔的上端高于炉盖的上表面，当炉盖盖在炉体上方时，炉体和炉盖组成一个炉膛4，炉膛为陶瓷纤维炉膛，炉膛外设置碳钢层5，碳钢层外设置不锈钢层7，为了保证本发明的保温效果，在炉膛与碳钢层之间设置了第一间隙6，在碳钢层与不锈钢层之间设置了第二间隙8；本发明的炉体通过焊接方式制成。

罐体位于炉膛内，罐体可以采用耐高温碳硅材料制成的罐体，罐体上设有罐盖，罐体与罐盖通过螺纹密闭连接，罐体与罐盖之间具体可以通过法兰密闭连接。参见图1，罐体的底部设置有进气管9，罐盖上设置有出气管16，进气管和出气管均为碳钢导气管，进气管和出气管的一端均与罐体相连通、另一端均从第一通孔穿出。

如图2和图3，炉体的侧壁和炉体的底部均设置有加热单元10，炉体的侧壁上设置有监测炉膛内温度的测温组件，测温组件包括罐体内测温单元11和罐体外测温单元12，罐体内测温单元用于测量罐体内的温度，加热单元和测温组件均通过导线与温度控制面板相连，其中，第二间隙可以作为导线夹层，连接加热单元和温度控制面板的导线、以及连接测温组件和温度控制面板的导线可以由第二间隙通过，其中，罐体上设置有第二通孔，罐体内测温单元穿过第二通孔进入罐体内，罐体内测温单元的数量与罐体的数量相等。

如图4和图5，架体15上固定有升降机13和与升降机相连的电机14，炉体的侧壁固定在升降机上，炉盖固定在架体上。

炉体的形状可以为长方体，包括两个短侧壁和两个长侧壁，两个短侧壁上均设置有罐体外测温单元，罐体内测温单元位于长侧壁上。第一间隙为真空层，加热单元为电炉丝，罐体内测温单元和罐体外测温单元均为单铂铑热电偶，炉体底部的炉膛上设置有耐火砖，提高了炉体的抗压性能，炉体侧壁的电炉丝镶嵌在炉膛上，炉体底部的电炉丝镶嵌在耐火砖上。

罐体的形状可以为圆柱体，第二通孔位于罐体的1／2高处，罐体内测温单元的安装位置与第二通孔等高，便于测量罐体的温度。罐体外测温单元位于短侧壁的中心处。

本发明第一通孔的数量可以设置6个，第一通孔在炉盖上分布两行，每行3个，每行和炉体的长侧壁平行，罐体包括6个，罐体分别设置在第一通孔的下方，每个罐体的进气管和出气管均从其中一个第一通孔穿出，两个长侧壁上分别设置有3个罐体内测温单元。

相应地，温度控制面板上设置有8个温控仪表，所述罐体内测温单元和罐体外测温单元与所述温控仪表一一对应相连。

具体实施例

在炉盖设置6个直径为30mm的第一通孔，并采用出螺纹结构，出气管的下端为光面直筒，炉膛为陶瓷纤维炉膛，炉膛尺寸为长650mm×宽450mm×高400mm，炉体外观尺寸为：长950mm×宽750mm×高800mm，支架高度为200mm。

罐体，共6个，其形状为圆柱体、材质为耐高温碳硅材料，罐体上部有罐盖，可用螺母将罐盖与罐体固定成一个密闭空间。在罐体侧面底部安装进气管，密封盖上安装出气管，每个罐体的进气管和出气管均可通过炉盖上的第一通孔延伸到炉体外，以备气体采集和向罐体内供气。

罐外测温单元上套有密封套，罐外测温单元选用软质材料导线和温度控制面板相连，电炉丝的升温速度为1-20℃／min，温度稳定性为±1℃。温度控制面板，由8块温控仪表、电源开关及超温指示灯组成。温度由可控硅控制，变压器调压，可编程序30段，PID参数自整定功能，可实现手动／自动无干扰切换功能，超温报警功能，具有温度补偿和温度校正功能。温控仪表具有密码设定功能，参数设定密码控制。显示视窗内容包括测量温度和设定温度4位液晶显示。

架体上固定有升降机和电机，还固定有联轴器、转向座、传动轴、导柱、限位器等组成。电机通过联轴器连接转向座，转向座通过传动轴连接升降机。升降机安装在炉体两侧中部，导柱安装在炉体的底部四角位置。炉体可通过升降机实现开启和关闭功能，并在升降操作过程中，通过限位器控制炉体升降的极限位置，防止设备损坏。

利用该煤自燃高温程序升温装置的测试方法：

1】将破碎、筛分好的6种煤样分别装入6个罐体中，然后将罐体和罐盖密闭；

2】打开电机的电源，操作升降机，将炉体缓慢下降到最低，与炉盖分离，分别将6个装好煤样的罐体固定在第一通孔下方的炉膛内，去掉第一通孔的堵头，将每个罐体的进气管和出气管从罐体上方炉盖的第一通孔穿出，并将进气管与供气单元相连，将长侧壁上的6个罐体内测温单元通过每个罐体的第二通孔分别插入到6个罐体中；

3】操作升降机，将炉体升高到顶端，与炉盖相密合；

4】操作控制面板，通过温控仪表设定具体的升温程序，采用自动温度巡检方式或手动设定实验温度，控制电炉丝调节炉内气体温度，使炉内温度从室温加热至50-1000℃，为了更全面客观的反映煤从低温阶段到高温阶段的气体变化规律，最好使炉内温度从室温加热至200-1000℃；

5】在每个罐体煤样的十倍数温度点，从每个罐体的出气管采集气体，在气相色谱分析仪内检测气体组分。最终通过各温度点气体组分来判断煤样的燃烧情况，并建立相关煤自燃模型，指导煤田火的防治工程。

Claims (10)

1.煤自燃高温程序升温装置，其特征在于：包括炉体、罐体、测温组件和温度控制面板；

炉体的上方设有炉盖，炉体和炉盖为分体式，炉盖上设有第一通孔，第一通孔设有用于密封第一通孔的堵头，当炉盖盖在炉体上方时，炉体和炉盖组成一个炉膛，炉膛外设置碳钢层，碳钢层外设置不锈钢层，炉膛与碳钢层之间设置第一间隙，碳钢层与不锈钢层之间设置第二间隙；

罐体位于炉膛内，罐体上设有罐盖，罐体与罐盖密闭连接，罐体的底部设置有进气管，罐盖上设置有出气管，进气管和出气管的一端均与罐体相连通、另一端均从第一通孔穿出；

炉体的侧壁和炉体的底部均设置有加热单元，炉体的侧壁上设置有监测炉膛内温度的测温组件，测温组件包括罐体内测温单元和罐体外测温单元，罐体内测温单元用于测量罐体内的温度，加热单元和测温组件均与温度控制面板相连。

2.根据权利要求1所述的煤自燃高温程序升温装置，其特征在于：该装置还包括架体，架体上固定有升降机和与升降机相连的电机，所述炉体的侧壁固定在升降机上，炉盖固定在架体上。

3.根据权利要求2所述的煤自燃高温程序升温装置，其特征在于：所述罐体上设置有第二通孔，罐体内测温单元穿过第二通孔进入罐体内，罐体内测温单元的数量与罐体的数量相等。

4.根据权利要求3所述的煤自燃高温程序升温装置，其特征在于：所述第一间隙为真空层，加热单元为电炉丝，罐体内测温单元和罐体外测温单元均为单铂铑热电偶，炉体底部的炉膛上设置有耐火砖，炉体侧壁的电炉丝镶嵌在炉膛上，炉体底部的电炉丝镶嵌在耐火砖上。

5.根据权利要求4所述的煤自燃高温程序升温装置，其特征在于：所述炉体的形状为长方体，包括两个短侧壁和两个长侧壁，两个短侧壁上均设置有所述罐体外测温单元，罐体内测温单元位于长侧壁上。

6.根据权利要求5所述的煤自燃高温程序升温装置，其特征在于：所述罐体的形状为圆柱体，第二通孔位于罐体的1／2高处，罐体内测温单元的安装位置与第二通孔等高，罐体外测温单元位于短侧壁的中心处。

7.根据权利要求6所述的煤自燃高温程序升温装置，其特征在于：所述进气管和出气管均为碳钢导气管，炉膛为陶瓷纤维炉膛，罐体为耐高温碳硅材料罐体，罐体与罐盖之间通过法兰密闭连接。

8.根据权利要求7所述的煤自燃高温程序升温装置，其特征在于：所述第一通孔的数量为6，第一通孔在炉盖上分布两行，每行3个，每行和炉体的长侧壁平行，罐体包括6个，罐体分别设置在第一通孔的下方，每个罐体的进气管和出气管均从其中一个第一通孔穿出，两个长侧壁上分别设置有3个罐体内测温单元，两个短侧壁上分别设置一个罐体外测温单元；

所述温度控制面板上设置有8个温控仪表，所述罐体内测温单元和罐体外测温单元与所述温控仪表一一对应相连。

9.利用权利要求1至8任一权利要求所述的煤自燃高温程序升温装置的测试方法，其特征在于：包括以下操作步骤：

1】将破碎、筛分好的煤样装入到罐体中，然后将罐体和罐盖密闭；

2】将炉体与炉盖分离，将装好煤样的罐体固定在第一通孔下方的炉膛内，将罐体的进气管和出气管从罐体上方炉盖的第一通孔穿出，并将进气管与供气单元相连；

3】将炉体与炉盖相密合；

4】操作温度控制面板，通过温控仪表设定具体的升温程序，控制加热单元调节炉体内温度，使炉体内温度从室温加热至50-1000℃；

5】在每个罐体煤样的十倍数温度点，从每个罐体的出气管采集气体，在气相色谱分析仪内检测气体组分。

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于：所述步骤2】中炉体与炉盖分离，是利用升降机将炉体与炉盖分离的；步骤3】中炉体与炉盖相密合，是利用升降机将炉体与炉盖相密合的；步骤4】中炉体内温度是从室温加热至200-1000℃。

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