CN106226458A - 多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置 - Google Patents
多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106226458A CN106226458A CN201610834427.0A CN201610834427A CN106226458A CN 106226458 A CN106226458 A CN 106226458A CN 201610834427 A CN201610834427 A CN 201610834427A CN 106226458 A CN106226458 A CN 106226458A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- gas
- hot
- fluid
- heating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
- G01N31/12—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using combustion
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置，包括热流增压增温系统、试样加热系统、加卸载系统和数据采集系统4个部分。所述热流增压增温系统的三条支路分别串联连接进气阀门、增压泵（瓦斯燃烧室）、加热容器、防倒流阀门，最终三条支路并联连接；所述加卸载系统由带压力表的液压压力机、上压盖、螺栓固定的法兰、导气腔、活塞杆、O型密封圈、釜体、4个K型热电偶、透气垫、测温孔组成；所述试样加热系统由加热圈、温控箱组成，两者串联；所述数据采集系统由计算机、气体分析仪、温度采集卡组成，本装置操作简单易行，测得的煤氧化参数稳定可靠；可长时间进行实验，可实现实验平台的自动化、智能化，大大提高工作效率和测试成功率。
Description
技术领域
本发明公开了一种煤氧化自燃装置，尤其是一种多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置。
背景技术
目前我国煤炭储量的总趋势为浅部储存量偏少，而深部储量占总储量的70%以上。随着浅部煤炭资源的逐渐减少甚至枯竭，国内外矿山都相继进入深部开采状态。对于深部开采过程中的热灾害而言，煤氧化自燃、高温热害和瓦斯燃烧爆炸是深部开采过程必须面临的重要难题，这三种灾害彼此可以相互演变且错综复杂，即高温热害环境可加速煤体氧化进程和瓦斯解析的速度，而煤的氧化自燃促使热害不断恶化和诱发瓦斯燃烧爆炸事故，瓦斯燃烧爆炸又反作用于煤自燃和热灾害，使灾害进一步扩大。显然，这三种灾害之间相互演变的关键问题是热的演变，而煤氧化自燃在热灾害和瓦斯燃烧爆炸的相互演变过程中起到桥梁作用。
目前，有关煤体的氧化自燃实验室模型主要模拟浅部开采煤层所处的环境进行煤体的氧化自燃热动力试验，有关高温围岩、高温热水流、高温热气流、高温超临界CO2流体和煤自燃热和瓦斯燃烧产生热流作用于煤体的试验研究较少。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试试验装置,其结构简单、成本低、安全可靠,不仅能够模拟深部受载煤层在多相热流叠加下的氧化热动力环境，长时间进行试验,同时,实现了实验平台的自动化智能化。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置，包括热流增压增温系统、试样加热系统、加卸载系统和数据采集系统4个部分，所述热流增压增温系统由水源（1）、气源（2）、瓦斯源（11）、进气阀门（3）（4）（12）、增压泵（5）（6）（14）、加热容器（7）（8）、瓦斯燃烧室（13）、防倒流阀门（9）（10）（15）组成；上述热流增压增温系统的三条支路分别串联连接进气阀门（3）（4）（12）、增压泵（5）（6）（14）、加热容器（7）（8）、瓦斯燃烧室（13）、防倒流阀门（9）（10）（15），上述三条支路并联连接，然后流经压力表（16）、流量计（17）、温度表（18）进入加卸载系统，所述加卸载系统由带压力表的液压压力机（19）、上压盖（20）、螺栓固定的法兰（21）、导气腔（22）、活塞杆（23）、O型密封圈（24）、釜体（25）、煤样（26）、4个K型热电偶（27）、透气垫（28）、测温孔（29）组成，导气腔中流出的气体经压力表（30）、流量计（31）、温度表（32）、阀门（33）流入气体分析仪（34），所述试样加热系统由加热圈（35）、温控箱（36）组成，两者串联，温控箱可调节和控制加热圈的温度，加热圈紧密包围在釜体的外表面，所述数据采集系统中计算机（38）与气体分析仪（34）、温度采集卡（37）连接可及时分析记录气体种类和煤样温度等参数。
本发明的特点和进一步改进在于：
所述的水源支路、气源支路、瓦斯支路并联连接，在阀门的控制作用下既可选择通入单一或多种热流源，每条支路上两个阀门既可控制热流源的通入速率又可防止反应釜体中氧化气体的倒流，热流增压增温系统的增压泵和加热容器可以促使试验达到所需的压力和温度，使通入的空气、水的温度和压力可以遵循深井通风风流、涌水等所处环境的温度和压力，亦可使CO2处于超临界状态。
所述的瓦斯在燃烧爆炸系统中的燃烧或爆炸可以获得高温热流，增压泵可对高温热流加压到试验设定的参数，高温瓦斯源作用于受载煤体后，为研究煤体形变、温度变化和氧化气体衍生特性提供了可能，揭示了瓦斯燃烧爆炸过程激发煤氧化加速和诱导自燃效应，获得了热流的热演变引起灾害相互演化的微观机制。
所述的试样加热系统可将煤体等试样加热并恒温至深部开采煤层所赋存的地温和围岩温度，其中加热圈可实现单侧加热或全方位加热，加热圈、温控箱串联连接，加热圈达到温控箱设定的温度值时，温控箱即停止加热并保持恒温。
所述的加卸载系统中的20t液压压力机最高压强可达到并恒定至70Mpa,对煤岩体具有较好的致裂效应，带螺栓的法兰盘对O型密封圈的压紧作用和4个M6螺纹K型热电偶对测温孔的拧紧作用使釜体具有较好的气密性，釜体中上下透气垫给煤体创造了良好的氧化环境，活塞杆中心导气腔的设计能够更好地收集煤体反应后气体。
所述的测试系统中位于上下不同位置的4个K型热电偶与数据采集卡并联连接，计算机分别与气体分析仪、数据采集卡连接，时时记录分析反应生成气体种类、煤体温度等重要试验参数，实现了实验装置的自动化、智能化。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。其中有1、水源2、气源3、4进气阀门5、6增压泵7、8加热容器9、10防倒流阀门11、瓦斯源12、进气阀门13、瓦斯燃烧爆炸室14、增压泵15、防倒流阀门16、压力表17、流量计18、温度表19、带压力表的液压压力机20、上压盖21、螺栓固定的法兰22、导气腔23、活塞杆24、O型密封圈25、釜体26、煤样27、4个K型热电偶28、透气垫29、测温孔30、压力表31、流量计32、温度表33、阀门34、气体分析仪35、加热圈36、温控箱37、温度采集卡38、计算机。
具体实施方式
参考图1，是一种多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置，打开阀门（3）（4）（12），热流源经三条支路通入釜体中，三条支路并联连接，每条支路上进气阀门（3）（4）（12）、增压泵（5）（6）（14）、加热容器（7）（8）瓦斯爆炸室（13）、防倒流阀门（9）（10）（15）串联连接，热流源流经压力表（16）、流量计（17）、温度表（18）、透气垫（28）进入釜体中，启动加卸载系统，液压压力机（19）对活塞杆（23）施加压力，在轴应力的传递作用下，（法兰盘（21）对O型密封圈（24）压紧力加之手动作用下M6螺纹K型热电偶（27）对测温孔（29）的拧紧力）反应釜体（25）具有良好密闭性，同时活塞轴应力致裂煤岩体（26），煤岩体产生裂隙。接通温控箱（36），加热圈（35）对釜体（25）加热，煤岩体裂隙在热流和温度的联合作用下进行氧化反应，釜体中煤体氧化反应生成的气体经导气腔（22）、压力表（30）、流量计（31）、温度计（32）流入气体分析仪（34）中。
其中，有三种方式将热流源通入三条并联支路中，单一热流源依次通入、热水流热气流瓦斯源任意两者叠加通入、热水流热气流瓦斯源同时通入，分析这几种组合下热流源对诱发煤体自燃的影响。
实验过程中，加卸载系统中液压压片机（19）自带压力表并可恒定一定压力持续加压，压力参数可直接读出，上压盖（20）上部和反应釜体（25）底部分别有带凹槽的聚合塑料隔热板，起到固定和隔热的作用。
实验过程中温控箱（36）和加热圈（35）串联连接，加热圈可实现单侧加温或全方位加热，温控箱可调节加热圈的加热温度并使之保持恒定值。
4个K型热电偶（27）与温度采集卡（37）、计算机（38）连接，可时时收集煤体中不同方位的温度值，气体分析仪（34）与计算机串联，可时时记录分析采集气体的种类，实现现代实验平台所要求的自动化、智能化。
Claims (7)
1.多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置，包括热流增压增温系统、试样加热系统、加卸载系统和数据采集系统4个部分，所述热流增压增温系统由水源（1）、气源（2）、瓦斯源（11）、进气阀门（3）（4）（12）、增压泵（5）（6）（14）、加热容器（7）（8）、瓦斯燃烧室（13）、防倒流阀门（9）（10）（15）组成；上述热流增压增温系统的三条支路分别串联连接进气阀门（3）（4）（12）、增压泵（5）（6）（14）、加热容器（7）（8）、瓦斯燃烧室（13）、防倒流阀门（9）（10）（15），上述三条支路并联连接，然后流经压力表（16）、流量计（17）、温度表（18）进入加卸载系统，所述加卸载系统由带压力表的液压压力机（19）、上压盖（20）、螺栓固定的法兰（21）、导气腔（22）、活塞杆（23）、O型密封圈（24）、釜体（25）、煤样（26）、4个K型热电偶（27）、透气垫（28）、测温孔（29）组成，导气腔中流出的气体经压力表（30）、流量计（31）、温度表（32）、阀门（33）流入气体分析仪（34），所述试样加热系统由加热圈（35）、温控箱（36）组成，两者串联，温控箱可调节和控制加热圈的温度，加热圈紧密包围在釜体的外表面，所述数据采集系统中计算机（38）与气体分析仪（34）、温度采集卡（37）连接可及时分析记录气体种类和煤样温度等参数。
2.根据权利要求1所述的多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置，其特征在于水源支路、气源支路、瓦斯支路并联连接，在阀门（3）（4）（12）的控制作用下既可选择通入单一或多种热流源，每条支路上两个阀门（3）（9）或（4）（10）或（12）（15）既可控制热流源的通入速率又可防止反应釜体中氧化气体的倒流，热流增压增温系统和瓦斯燃烧系统的增压泵（5）（6）（14）和加热容器（7）（8）瓦斯爆炸室（13）可以促使试验达到所需的压力和温度，使通入的空气、水和瓦斯的温度和压力可以遵循深井通风风流、涌水等所处环境的温度和压力，亦可使CO2处于超临界状态。
3.根据权利要求书1所述的多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性试测试装置，其特征在于瓦斯在燃烧爆炸系统中的燃烧或爆炸可以获得高温热流，增压泵（14）可对高温热流加压到试验设定的参数，从瓦斯爆炸室（13）流出的高温瓦斯源作用于受载煤体后，为研究煤体形变、温度变化和氧化气体衍生特性提供了可能，揭示了瓦斯燃烧爆炸过程激发煤氧化加速和诱导自燃效应，获得了热流的热演变引起灾害相互演化的微观机制。
4.根据权利要求书1所述的多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置，其特征在于试样加热系统可将煤体（26）等试样加热并恒温至深部开采煤层所赋存的地温和围岩温度，其中加热圈（35）可实现单侧加热或全方位加热，加热圈（35）、温控箱（36）串联连接，加热圈达到温控箱设定的温度值时，温控箱即停止加热并保持恒温。
5.根据权利要求书1所述的多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置，其特征在于加卸载系统中的20t液压压力机（19）最高压强可达到并恒定至70Mpa,对煤岩体具有较好的致裂效应，带螺栓的法兰盘（21）对O型密封圈（24）的压紧作用和4个M6螺纹K型热电偶（27）对测温孔（29）的拧紧作用使釜体具有较好的气密性，釜体中上下透气垫（28）给煤体创造了良好的氧化环境，活塞杆（23）中心导气腔（22）的设计能够更好地收集煤体反应后气体。
6.根据权利要求书1所述的多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置，其特征在于，数据采集系统中位于上下不同位置的4个K型热电偶（27）与数据采集卡（37）并联连接，计算机（38）分别与气体分析仪（34）、数据采集卡连接，可时时分析记录反应生成气体种类、煤体温度等重要试验参数，实现了试验的自动化、智能化。
7.根据权利要求书1所述的多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置，其特征在于，有三种方式将热流源通入三条并联支路中，单一热流源依次通入、热水流（1）热气流（2）瓦斯源（11）任意两者叠加通入、热水流（1）热气流（2）瓦斯源（11）同时通入，分析这几种组合下热流源对诱发煤体自燃的影响 。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610834427.0A CN106226458A (zh) | 2016-09-20 | 2016-09-20 | 多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610834427.0A CN106226458A (zh) | 2016-09-20 | 2016-09-20 | 多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106226458A true CN106226458A (zh) | 2016-12-14 |
Family
ID=58075695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610834427.0A Pending CN106226458A (zh) | 2016-09-20 | 2016-09-20 | 多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106226458A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003215079A (ja) * | 2002-01-23 | 2003-07-30 | Kansai Coke & Chem Co Ltd | 石炭の酸化発熱性の評価方法 |
| CN104316668A (zh) * | 2014-11-10 | 2015-01-28 | 河南理工大学 | 深部采动变形煤体氧化特性测试装置 |
| CN204359758U (zh) * | 2015-01-22 | 2015-05-27 | 华电电力科学研究院 | 一种模拟煤场煤自燃倾向性的测定装置 |
| CN204374123U (zh) * | 2014-12-11 | 2015-06-03 | 河南工程学院 | 一种煤自燃特征试验系统 |
| CN104849300A (zh) * | 2015-05-30 | 2015-08-19 | 西安科技大学 | 煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台及其使用方法 |
| CN105259091A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-01-20 | 河南理工大学 | 承压破碎遗煤渗透率演化及自燃特性测试装置 |
| CN108120795A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-06-05 | 南京工业大学 | 自馈式加热煤堆低温氧化诱导加速自燃试验模拟装置 |
-
2016
- 2016-09-20 CN CN201610834427.0A patent/CN106226458A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003215079A (ja) * | 2002-01-23 | 2003-07-30 | Kansai Coke & Chem Co Ltd | 石炭の酸化発熱性の評価方法 |
| CN104316668A (zh) * | 2014-11-10 | 2015-01-28 | 河南理工大学 | 深部采动变形煤体氧化特性测试装置 |
| CN204374123U (zh) * | 2014-12-11 | 2015-06-03 | 河南工程学院 | 一种煤自燃特征试验系统 |
| CN204359758U (zh) * | 2015-01-22 | 2015-05-27 | 华电电力科学研究院 | 一种模拟煤场煤自燃倾向性的测定装置 |
| CN104849300A (zh) * | 2015-05-30 | 2015-08-19 | 西安科技大学 | 煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台及其使用方法 |
| CN105259091A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-01-20 | 河南理工大学 | 承压破碎遗煤渗透率演化及自燃特性测试装置 |
| CN108120795A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-06-05 | 南京工业大学 | 自馈式加热煤堆低温氧化诱导加速自燃试验模拟装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105510144B (zh) | 一种并联型岩石温度-渗流-应力耦合三轴流变仪 | |
| CN202339307U (zh) | 测定泥页岩吸水扩散系数装置 | |
| Moore et al. | Development of 1 MWe supercritical CO2 test loop | |
| CN105259091B (zh) | 承压破碎遗煤渗透率演化及自燃特性测试装置 | |
| CN106018236A (zh) | 岩石耦合渗透试验中多功能整体压帽式压力室及试验方法 | |
| CN111398130B (zh) | 多维度数据来源的块煤渗透率分析方法、测量装置及方法 | |
| CN107064450B (zh) | 一种模拟热力耦合下煤体流固热化多场耦合的实验方法 | |
| CN105302987B (zh) | 一种等效的预测热机械疲劳寿命的方法 | |
| CN107407208A (zh) | 适用于发电系统和方法的控制系统和方法 | |
| Garvey et al. | Compressed air energy storage | |
| CN206096009U (zh) | 一种油气井燃爆压裂药剂高温高压安全性测试装置 | |
| Kaiser et al. | Thermodynamic steady-state analysis and comparison of compressed air energy storage (CAES) concepts | |
| CN106226458A (zh) | 多相热流叠加下受载煤体氧化热动力特性测试装置 | |
| Rahim et al. | A thermodynamic model to calculate burning speed of methane-air-diluent mixtures | |
| CN205192920U (zh) | 一种承压破碎遗煤渗透率演化及自燃特性测试装置 | |
| CN1900481B (zh) | 模拟储层条件下射孔效能检测装置 | |
| Liu et al. | Thermodynamic analysis on a lignite-fired power system integrated with a steam dryer: investigation on energy supply system of the dryer | |
| CN115200847A (zh) | 氢燃机旋转透平叶片冷却效果试验设备及方法 | |
| Taghavi et al. | Thermodynamic and thermo economic optimization of combined cycle power plant | |
| CN103217340B (zh) | 高温高压部件损伤与失效过程实验装置 | |
| Li et al. | Nonlinear Motion Law of Coalbed Gas Seepage under the Combined Effects of Stress and Temperature. | |
| Ólafsson | Verification of design models for geothermal power plants | |
| Yücer | Investigation Of The Performance For A Gas Turbine Jet Engine By Using Exergy Analysis Method | |
| Bayraktar et al. | Identifying the improvement possibilities of a fluidized bed boiler with exergy analysis | |
| CN107687998A (zh) | 红外中心加热测定煤岩体渗透率的实验装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161214 |