CN103808161B - 一种自动进退并在线监测的灰烧结气氛炉及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可自动进退并在线监测的烧结气氛炉，包括伸入炉膛内的烧结探针，烧结探针包括烧结探针头和烧结探针杆；烧结探针杆穿过炉壁伸入炉膛内，内部具有双层环形导热油通道，并分别设有与两层导热油通道连通的导热油进口和导热油出口；烧结探针头螺纹配合在炉膛内烧结探针杆的端部，内部具有连通两层导热油通道的腔体，侧表面具有放置烧结灰样的平台，平台下方的壁内置入有第一测温元件和第二测温元件，分别用于所述烧结探针头内外壁温度的测量；还包括用于实时监测灰样烧结形态特征的CCD摄像系统，该CCD摄像系统位于烧结探针所对应的炉膛另一端。本发明还公开了一种可自动进退并在线监测的烧结气氛炉的工作方法。
Description
技术领域
本发明涉及灰烧结技术领域，具体涉及一种自动进退并在线监测的灰烧结气氛炉及其工作方法。
背景技术
由于我国是一个多煤少油的国家，因此工业应用上的化石燃料来源主要以煤炭为主。但是煤粉锅炉内的积灰结渣问题一直困扰着燃煤电厂，因此研究煤灰的烧结特征对于如何减轻煤粉锅炉内的积灰结渣将起到重要的作用。特别是近年来，煤粉锅炉的PM2.5排放问题持续升温，煤粉气化将变成以后煤粉利用的另一趋势。但是煤粉气化炉内的排渣问题是阻碍煤粉气化技术推广的一个重要因素。而煤粉气化炉内主要涉及还原性气氛下灰的烧结特征。同时，煤粉的富氧燃烧技术对于CO2捕捉也将是以后的一个发展趋势。
因此，这些燃煤技术或者煤粉利用方式，都涉及到煤灰的烧结问题，所以非常有必要实现在不同气氛下研究灰烧结特征技术，这对于指导煤粉利用将有重要的作用。目前市场上的烧结炉都只是在炉膛内直接烧结，并没有模拟在锅炉水冷壁上的烧结或者气化炉内换热器上的烧结，例如公开号为203177638U的中国专利文献提供了一种气氛可调双控温复合式陶粒烧结回转炉。
发明内容
针对煤灰在煤粉锅炉的水冷壁上的烧结和气化炉内换热器上的烧结特点，本发明提出了一种集烧结、可视化为一体、自动进退、气氛可调、结构简单和设置合理的自动进退并在线监测的灰烧结气氛炉，保证了灰样在接进现场条件下进行烧结。
一种自动进退并在线监测的烧结气氛炉，包括伸入炉膛内的烧结探针，烧结探针包括烧结探针头和烧结探针杆；
烧结探针杆穿过炉壁伸入炉膛内，内部具有双层环形导热油通道，并设有与两层导热油通道连通的导热油进口和导热油出口；
烧结探针头螺纹配合在炉膛内烧结探针杆的端部，内部具有连通两层导热油通道的腔体，侧表面具有放置烧结灰样的平台，平台下方的壁内置入有第一测温元件和第二测温元件，分别用于所述烧结探针头内外壁温度的测量；
还包括用于实时监测灰样烧结形态特征的CCD摄像系统，该CCD摄像系统位于烧结探针所对应的炉膛另一侧。
在本发明中，烧结探针头呈圆柱形，内部为空心结构，其周面具有一削平的水平面，该水平面为放置烧结灰样的平台，平台的中部位置设有直径为1.8mm的孔，孔内布置有第一测温元件，用于实时检测烧结探针头外壁温度；同时，在烧结探针头的内壁，也钻出一个直径为1.8mm的孔，第二测温元件放置在孔内，且第一测温元件和第二测温元件位于同一径向上。优选的，第一测温元件和第二测温元件均采用K型热电偶，实现测量灰样烧结对烧结探针导热性能的影响。
在上述的烧结气氛炉外，设有驱动所述烧结探针的自动进退装置，其包括支承平台、转动配合在支承平台上的丝杆、沿丝杆滑动配合的支承座和驱动所述丝杆的电机，所述的烧结探针杆固定在支承座上。
自动进退装置用于驱动烧结探针推入或移出炉内，电机驱动丝杆转动，沿丝杆滑动的支承座带动烧结探针进退移动，其中，电机由液晶控制面板控制，通过在液晶控制面板上进行参数设定，使电机按预定控制驱动启动，实现自动控制烧结探针的行程和速度。
其中，所述的CCD摄像系统包括CCD相机和伸入炉膛内的光学镜头，光学镜头的外周包裹有水冷套管，所述的水冷套管外设有与炉壁密封配合的法兰片；且所述的水冷套管具有双层环形的冷水通道，并设有与对应冷水通道连通的冷却水进口和冷却水出口。
CCD相机设有保护罩，通有冷却水的水冷套管，用于对光学镜头的保护，防止其高温烧坏；同时，CCD相机还与计算机连接，可以自动对灰样烧结情况进行捕捉，实现在线监测功能。
在本发明中，所述的灰烧结气氛炉为管式炉，包括炉壁保温层、刚玉管和硅钼棒，所述的烧结探针和CCD摄像系统由炉壁两侧伸入刚玉管内，且所述的刚玉管内设有热电偶，该热电偶接入自动温度控制仪。此处的热电偶采用B型热电偶，其中B型热电偶与自动温度控制仪相连接，实现对炉内温度的精确有效地控制。
本发明的烧结气氛炉还设有控制炉内气氛的气氛调节系统，包括气体钢瓶、减压阀、气体电子流量计和气体混合器。气体钢瓶内充满气体，减压阀位于气体排出管路中，气体电子流量计用于控制各路气体的流量，气体混合器用于将各路气体混合后送入炉内。
本发明还提供了一种自动进退并在线监测的烧结气氛炉的工作方法，包括以下步骤：
1）在水冷套管内通入冷却水，并将加热的导热油通入烧结探针内；
2）启动烧结气氛炉，并调节炉膛内的烧结温度，再开启气氛调节系统，使炉膛内具有预定的烧结气氛；
3）将灰样放在烧结探针头上，并将烧结探针头推入炉膛中心；
4）启动CCD摄像系统，采集灰样在炉内的烧结图像；
5）烧结一段时间后，将烧结探针快速退出炉膛，并对灰样进行液氮急促冷却，保持灰样的晶相物质。
在步骤1）中，导热油加热后的温度为200～300℃。
本发明的有益效果是：
（1）本发明能够模拟煤粉锅炉内的水冷壁上灰渣烧结以及煤粉气化炉内换热器表面的渣样烧结。
（2）CCD摄像系统具有可视化能力，能够实时在线地监测烧结炉内灰样的烧结情况。
（3）本发明所述的烧结气氛炉具有气氛可调的功能。
（4）本发明所述的烧结探针具有自动进退功能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是烧结头特写示意图；
图3是实施实例2中的灰样品随时间变化形态特征图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不限于此。
实施例1
如图1所示，一种自动进退并在线监测的灰烧结气氛炉，包烧结探针、CCD摄像系统、自动进退装置和气氛调节系统。
烧结探针由烧结探针头1和烧结探针杆2组成，烧结探针头1螺纹配合在烧结探针杆2的端部，其中烧结探针杆2上布置有导热油进口4和导热油出口3，分别通入烧结探针杆2内的双层环形导热油通道；烧结时，导热油进口4处的导热油温度通过油循环温度控制器控制，此外烧结探针杆上设置有法兰片5，以实现和烧结气氛炉11的连接和密封。
如图2所示，烧结探针头1是圆柱形结构，其中心被挖空以和烧结探针杆连接；同时其侧表面被切削出一平台，用来放置烧结灰块，同时平台的正下方（同一径向上）开有2个直径为1.8mm小孔，分别为孔A和孔B，用来布置K型热电偶，实现对灰块烧结时，烧结探针头内外壁温度测量。
烧结探针杆2固定在支承座7上，其中支承座7沿丝杆6滑动配合，丝杆6的转动是通过微型电机8带动的，而液晶控制面板9和微型电机8通过线路连接，这样烧结探针杆2的进退就可以通过液晶控制面板9来实施控制；支承板7、丝杆6、微型电机8及液晶控制面板9都固定在支承平台10上，构成自动进退装置，实现控制烧结探针自动进退烧结气氛炉。
CCD摄像系统包括CCD相机14、光学镜头15、水冷套管16和相机保护罩19。水冷套管16上设置有冷却水进口18和冷却水出口17，以实现对光学镜头的保护，防止其高温烧坏；同时水冷套管16上设置有法兰片20，用于和烧结气氛炉的连接及密封；CCD相机14与计算机连接，可以自动对灰样烧结情况进行捕捉，实现在线监测功能。
在本实施例中，烧结气氛炉为管式炉，包括刚玉管26、若干耐高温的硅钼棒12、保温层13和伸入刚玉管26内的B型热电偶21；其中B型热电偶与自动温度控制仪相连接，以实现对炉温的自动精确控制。
气氛调节系统包括气体钢瓶22、减压阀23、气体电子流量计24及气体混合器25，气体钢瓶22内充满气体，减压阀23位于气体排出管路上，气体电子流量计24用于控制各路气体的流量，气体混合器25用于将各路气体混合后送入炉内，实现对炉内气氛的有效控制。
实施例2
使用实施例1的自动进退并在线监测的灰烧结气氛炉，利用准东煤灰压制成的灰块（如图2），其具体工作方法如下：
（1）打开CCD摄像系统的冷却水进口18和冷却水出口17，保证有足够的冷却水流经CCD摄像系统；
（2）启动油循环温度控制器，将导热油加热到预定的200-300℃温度段的预定温度；
（3）启动烧结气氛炉11，通过烧结气氛炉自动控温仪设置烧结炉的烧结温度；
（4）将气体电子流量计24启动，并设置好各路气体的流量，接着打开气体钢瓶的阀门，同时调节减压阀23，使得出气压力在合适的压力范围内，通一段时间的气体后，在烧结气氛炉气体出口处，用烟气分析仪测量气体成分，以保证在预定气氛下进行烧结；
（5）当烧结气氛炉内的温度达到预定温度后，通过液晶控制面板9设置好烧结探针移动参数，并将压制好的灰块放在烧结探针头1上，如附图2所示；接着按启动开关使得烧结探针快速推入炉膛内，并保证烧结探针头1在烧结炉中心；
（6）同时启动计算机，用相应的软件启动CCD相机14，调整好相机参数，使得烧结画面清晰，并采集烧结画面，灰块在炉内的烧结情况部分截图如图3所示；
（7）经过设定时间的烧结后，设置液晶控制面板9上的参数，将烧结探针快速退出，并对灰样进行液氮急促冷却，使得灰样的晶相物质维持在炉内烧结时一样。
Claims (3)
1.一种自动进退并在线监测的烧结气氛炉，其特征在于，包括伸入炉膛内的烧结探针，烧结探针包括烧结探针头(1)和烧结探针杆(2)；
烧结探针杆(2)穿过炉壁伸入炉膛内，内部具有双层环形导热油通道，并设有与两层导热油通道连通的导热油进口(4)和导热油出口(3)；
烧结探针头(1)螺纹配合在炉膛内烧结探针杆(2)的端部，内部具有连通两层导热油通道的腔体，侧表面具有放置烧结灰样的平台，平台下方的壁内置入有第一测温元件和第二测温元件，分别用于所述烧结探针头(1)内外壁温度的测量；
还包括用于实时监测灰样烧结形态特征的CCD摄像系统，该CCD摄像系统位于烧结探针所对应的炉膛另一侧；
还设有控制炉内气氛的气氛调节系统，包括气体钢瓶(22)、减压阀(23)、气体电子流量计(24)和气体混合器(25)；
设有驱动所述烧结探针的自动进退装置，其包括支承平台(10)、转动配合在支承平台(10)上的丝杆(6)、沿丝杆(6)滑动配合的支承座(7)和驱动所述丝杆(6)的电机，所述的烧结探针杆(2)固定在支承座(7)上；
所述的CCD摄像系统包括CCD相机(14)和伸入炉膛内的光学镜头(15)，光学镜头(15)的外周包裹有水冷套管(16)，所述的水冷套管(16)外设有与炉壁密封配合的法兰片(20)，所述的水冷套管(16)具有双层环形的冷水通道，并设有与对应冷水通道连通的冷却水进口(18)和冷却水出口(17)。
2.如权利要求1所述的自动进退并在线监测的烧结气氛炉，其特征在于，所述的灰烧结气氛炉为管式炉，包括炉壁保温层(13)、刚玉管(26)和硅钼棒(12)，所述的烧结探针和CCD摄像系统由炉壁两侧伸入刚玉管(26)内。
3.如权利要求2所述的自动进退并在线监测的烧结气氛炉，其特征在于，所述的刚玉管内设有热电偶(21)，该热电偶接入自动温度控制仪。
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Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZHOU HAO ZHOU BIN WANG JIANYANG CEN KEFA TO: ZHOU HAO ZHOU BIN DING CHENGGANG WANG JIANYANG CEN KEFA |
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