CN107422064A - 一种煤粉燃烧性能检测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤粉燃烧性能检测装置及其检测方法，旨在提供一种检测可靠的煤粉燃烧性能检测装置及其检测方法。其中的检测装置包括燃烧装置、热风装置、富氧装置以及喷吹装置；所述燃烧装置包括圆筒状的炉壳，安装于炉壳腔体内的燃烧管，缠绕于燃烧管外壁上的电热线圈，设置于燃烧管下方的水槽，以及盖住炉壳上端的盖板；所述喷吹装置包括喷吹罐，以及通过喷吹管与喷吹罐进气口连接的气源装置；喷吹管上设置有喷吹阀；所述喷吹罐的出料口通过喷料管接入燃烧管上部，喷料管上设置有下料阀；所述热风装置包括换热管，以及用于加热换热管的加热器；换热管的出气端伸入燃烧管的上部，进气端端通过送风管与气源装置连接；所述富氧装置包括氧气瓶。
Description
技术领域
本发明涉及煤粉燃烧性能检测技术领域，尤其是涉及一种煤粉燃烧性能检测装置及其检测方法。
背景技术
高炉喷煤是现代高炉节焦降耗的重要措施。煤粉从高炉风口经煤枪喷入高炉，在风口前快速燃烧，一方面替代了昂贵的冶金焦，另一方面生成还原性气体，提高了间接还原度，从而达到节焦降耗的目的。但是由于风口前热风温度、煤粉粒度、热风含氧量、喷煤比等限制，煤粉在风口并不能完全燃烧。总有一部分煤粉成为未燃煤粉随煤气流上升，要么成为固体颗粒物堵塞煤气流上升通道，造成高炉透气性、透液性下降，要么随煤气流逸出炉外成为除尘灰。在高炉喷煤量越来越大的今天，未燃煤粉问题已成为提高喷煤效果、效益的限制环节。为了获得较好的喷煤效果，高炉工作者一直努力改善煤粉在风口前的燃烧条件，希望煤粉能够在风口前尽可能燃烧，常规方法包括：提高风温、提高富氧、提高煤粉细度、混喷烟瘦煤、改进煤枪喷嘴结构形式、在煤粉中配加添加剂等，目的就是提高煤粉燃烧率，减少未燃煤粉数量。但是风口前煤粉燃烧率没办法直接测量，提高煤粉燃烧率的相关工作大多数还是靠经验或者理论推算。
国内行业专家在检测煤粉燃烧率方面做了很多工作，包括：差热分析法、马弗炉燃烧法等，差热分析法是取12毫克煤粉，按照一定的升温速度，约5℃/min，逐步升温，考察煤粉的失重率，由此来判断煤粉燃烧性。但这种检测方法的缺点在于：1）煤粉静置与坩埚中，无法模拟风口前煤粉程射流喷吹的特点；2）煤粉升温是缓慢升高，无法模拟风口前煤粉瞬间温度提升到1200℃的特点；3）试样量太小难以避免取样偏析问题，重现性较差。马弗炉燃烧法是取10克煤粉，平铺于瓷舟内直接送入900℃马弗炉中进行燃烧，燃烧时间3分钟后取出自然冷却检测样品失重率，由此判断煤粉燃烧性。这种检测方法试样量有所增加可在一定程度上避免偏析问题，但同样无法模拟煤粉在气流中的运动状态，且人工操作随意性较大，试验重现性依然较差。
差热分析法、马弗炉燃烧法都是在静态试验条件下进行，均难以模拟风口前煤粉燃烧的状态。由于风口前煤粉燃烧过程是伴随着节焦、燃烧、气化、分解等理化反应的复杂过程，实验室的静态模拟不能完全表征煤粉在高炉风口前的动态燃烧过程，由此造成试验重现性较差，试验数据波动大的问题。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种检测精度高，数据误差小且可靠性高的煤粉燃烧性能检测装置及其检测方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种煤粉燃烧性能检测装置，包括燃烧装置、热风装置、富氧装置以及喷吹装置；其特征在于：所述燃烧装置包括圆筒状的炉壳，安装于炉壳腔体内的燃烧管，缠绕于燃烧管外壁上的电热线圈，设置于燃烧管下方的水槽，以及盖住炉壳上端的盖板；所述喷吹装置包括喷吹罐，以及通过喷吹管与喷吹罐进气口连接的气源装置；所述喷吹管上设置有喷吹阀；所述喷吹罐的出料口通过喷料管接入燃烧管上部，所述喷料管上设置有下料阀；所述热风装置包括换热管，以及用于加热换热管的加热器；所述换热管的出气端伸入燃烧管的上部，进气端端通过送风管与气源装置连接；所述富氧装置包括氧气瓶；所述氧气瓶通过氧气管与送风管连接，所述氧气管上设置有氧气阀和氧气流量计，所述送风管上设置有送风阀和送风流量计。
优选的是，所述炉壳采用隔热保温材料制成。
优选的是，所述加热器采用电加热器。
一种煤粉燃烧性能检测方法，采用如上所述的检测装置；其特征在于包括如下步骤：
步骤（1）、煤样制作，如果是煤粉，用200目筛子过筛，取筛下部分留用；如果是煤块，用球磨机磨至粉状，再用200目筛子过筛，取筛下部分留用；按照《GB212-91煤的工业分析方法》对煤样进行工业分析，获得煤样准确的灰成分分析数据；
步骤（2）、取一定量的煤样，放置在恒温箱中，烘干煤样的游离水；
步骤（3）、煤样烘干后，装入喷吹罐备用；
步骤（4）、把燃烧装置、热风装置升温至试验温度，通常为900-1100℃，并向燃烧管内送入热风，热风流量5-20L/min；达到目标温度后，恒温30-60mim，确保试验温度均匀稳定，即具备喷吹条件；
步骤（5）、根据富氧率测算氧气流量，打开氧气阀门，调节氧气流量到目标值；
步骤（6）、具备喷吹条件后，将煤粉喷入燃烧管内。
步骤（7）、煤粉的着火点380-410℃之间，喷吹罐中的煤粉在压缩空气的推动下进入燃烧管，呈喷射状分散开来，在热风供氧、供热的条件下迅速着火燃烧；红热的未燃煤粉、灰分经过燃烧管落入水槽，被水熄灭；
步骤（8）、收集水槽中燃烧后的煤粉，用滤纸滤出、烘干后，再按照《GB212-91煤的工业分析方法》进行工业分析，获得准确的燃烧后煤粉的灰分分析；
步骤（9）、由于煤粉在高炉风口条件下的燃烧过程中，煤粉的灰分是不可燃物质，不能进行燃烧，全部进入未燃煤粉中。因此，在燃烧过程中，煤粉的灰分总量保持平衡。根据灰分总量平衡就可以求出煤粉在高炉风口喷吹条件下的燃烧率；具体公式如下：（灰平衡法是行业内普遍认同的计算方法）
式中：R——煤粉燃烧率，%；
A0——煤粉燃烧前的灰分含量，%；
A1——未燃煤粉灰分含量，%。
优选的是，所述气源装置包括空压气和储气包；所述储气包上设置于有放散阀；所述喷吹管和送风管分别与储气包连接。
优选的是，所述步骤（2）中煤样的取样量为100-400g。
优选的是，所述步骤（2）中煤样的取样量为200g，在105℃恒温箱中放置2小时。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明模拟高炉风口前的燃烧条件，包括风温、富氧率等，对煤粉燃烧率进行检测，弥补了静态检测的局限性。本发明可有效提高检测的精度，其能够进行煤粉连续喷吹，实现了煤粉燃烧性能的动态测定。试验结果对高炉喷吹煤种选用、喷煤结构调整具有很强的指导意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明所用检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示的煤粉燃烧性能检测装置，包括燃烧装置、热风装置、富氧装置以及喷吹装置；所述燃烧装置包括圆筒状的炉壳1，安装于炉壳1腔体内的燃烧管2，缠绕于燃烧管2外壁上的电热线圈3，设置于燃烧管2下方的水槽4，以及盖住炉壳1上端的盖板5；所述喷吹装置包括喷吹罐6，以及通过喷吹管7与喷吹罐6进气口连接的气源装置；所述喷吹管7上设置有喷吹阀8；所述喷吹罐6的出料口通过喷料管9接入燃烧管2上部，所述喷料管9上设置有下料阀10；所述热风装置包括换热管11，以及用于加热换热管11的加热器12；所述换热管11的出气端伸入燃烧管2的上部，进气端端通过送风管13与气源装置连接；所述富氧装置包括氧气瓶14；所述氧气瓶14通过氧气管15与送风管13连接，所述氧气管15上设置有氧气阀16和氧气流量计17，所述送风管13上设置有送风阀18和送风流量计19。
所述气源装置包括空压气20和储气包21；所述储气包21上设置于有放散阀22；所述喷吹管7和送风管13分别与储气包21连接。
所述炉壳1采用隔热保温材料制成，降低热损耗。所述加热器12采用电加热器，具有加热速度快的优点。所述喷吹罐6的容量为500g。
燃烧装置可以提供900~1100℃的高温，把燃烧管加热并保持900℃以上的试验温度。燃烧管的主要作用是保护炉内设备，避免与煤粉接触，同时上端提供接口与喷料管、换热管连接。燃烧管下端靠近水槽液面，在燃烧管内燃烧后的煤粉直接进入水槽。喷吹罐可装500g煤粉，下端是细长的喷料管，其伸入燃烧管内进行煤粉喷吹。空压机为喷吹罐提供动力，使罐内煤粉顺利喷入燃烧管内。空压机产生的冷空气经热风装置升温到900℃，再经换热管接口进入燃烧管内，为煤粉燃烧提供氧气和热量。
一种煤粉燃烧性能检测方法，采用如图1所示的检测装置进行，该检测装置如图1所示，包括燃烧装置、热风装置、富氧装置以及喷吹装置；所述燃烧装置包括圆筒状的炉壳1，安装于炉壳1腔体内的燃烧管2，缠绕于燃烧管2外壁上的电热线圈3，设置于燃烧管2下方的水槽4，以及盖住炉壳1上端的盖板5；所述喷吹装置包括喷吹罐6，以及通过喷吹管7与喷吹罐6进气口连接的气源装置；所述喷吹管7上设置有喷吹阀8；所述喷吹罐6的出料口通过喷料管9接入燃烧管2上部，所述喷料管9上设置有下料阀10；所述热风装置包括换热管11，以及用于加热换热管11的加热器12；所述换热管11的出气端伸入燃烧管2的上部，进气端端通过送风管13与气源装置连接；所述富氧装置包括氧气瓶14；所述氧气瓶14通过氧气管15与送风管13连接，所述氧气管15上设置有氧气阀16和氧气流量计17，所述送风管13上设置有送风阀18和送风流量计19；其包括如下步骤：
步骤（1）、煤样制作，如果是煤粉，用200目筛子过筛，取筛下部分留用；如果是煤块，用球磨机磨至粉状，再用200目筛子过筛，取筛下部分留用；按照《GB212-91煤的工业分析方法》对煤样进行工业分析，获得煤样准确的灰成分分析数据；
步骤（2）、取一定量的煤样，放置在恒温箱中，烘干煤样的游离水；
步骤（3）、煤样烘干后，装入喷吹罐备用；
步骤（4）、把燃烧装置、热风装置升温至试验温度，通常为900-1100℃（根据需求进行调整），并向燃烧管内送入热风，热风流量5-20L/min；达到目标温度后，恒温30-60mim，确保试验温度均匀稳定，即具备喷吹条件；
步骤（5）、根据富氧率测算氧气流量，打开氧气阀门，调节氧气流量到目标值；
步骤（6）、具备喷吹条件后，将煤粉喷入燃烧管内。
步骤（7）、煤粉的着火点380-410℃之间，喷吹罐中的煤粉在压缩空气的推动下进入燃烧管，呈喷射状分散开来，在热风供氧、供热的条件下迅速着火燃烧；红热的未燃煤粉、灰分经过燃烧管落入水槽，被水熄灭；
步骤（8）、收集水槽中燃烧后的煤粉，用滤纸滤出、烘干后，再按照《GB212-91煤的工业分析方法》进行工业分析，获得准确的燃烧后煤粉的灰分分析；
步骤（9）、由于煤粉在高炉风口条件下的燃烧过程中，煤粉的灰分是不可燃物质，不能进行燃烧，全部进入未燃煤粉中。因此，在燃烧过程中，煤粉的灰分总量保持平衡。根据灰分总量平衡就可以求出煤粉在高炉风口喷吹条件下的燃烧率；具体公式如下：（灰平衡法是行业内普遍认同的计算方法）
式中：R——煤粉燃烧率，%；
A0——煤粉燃烧前的灰分含量，%；
A1——未燃煤粉灰分含量，%。
所述气源装置包括空压气20和储气包21；所述储气包21上设置于有放散阀22；所述喷吹管7和送风管13分别与储气包21连接。
所述步骤（2）中煤样的取样量为100-400g。
所述炉壳1采用隔热保温材料制成，降低热损耗。所述加热器12采用电加热器，具有加热速度快的优点。所述喷吹罐6的容量为500g。
燃烧装置可以提供900~1100℃的高温，把燃烧管加热并保持900℃以上的试验温度。燃烧管的主要作用是保护炉内设备，避免与煤粉接触，同时上端提供接口与喷料管、换热管连接。燃烧管下端靠近水槽液面，在燃烧管内燃烧后的煤粉直接进入水槽。喷吹罐可装500g煤粉，下端是细长的喷料管，其伸入燃烧管内进行煤粉喷吹。空压机为喷吹罐提供动力，使罐内煤粉顺利喷入燃烧管内。空压机产生的冷空气经热风装置升温到900℃，再经换热管接口进入燃烧管内，为煤粉燃烧提供氧气和热量。
实施例一：
测定攀枝花瘦煤燃烧率，该煤工业分析详见下表：
具体步骤如下：
（1）取煤样200g，烘干装入煤粉喷吹罐备用。
（2）燃烧装置、热风装置同步开始启动升温。2小时以后燃烧装置、热风装置升至900℃，恒温30min，确保燃烧管内温度稳定均匀。
（3）启动空压机，喷吹阀、热风阀关闭，放散阀开启。燃烧管内温度均匀后，打开热风阀，开始向燃烧管内供热风，风温保持900℃。调节阀门开度保持风量大小至10L/min，并保持恒温30min。
（4）燃烧管内温度稳定在900℃左右，具备喷吹条件后，依次打开下料阀、喷吹阀，煤粉在压缩空气推动下进入燃烧管内燃烧。
（5）燃烧后的红热煤粉在重力作用下落入炉底水槽，并熄灭。
（6）取出水槽，把水槽中的残渣滤出，进行工业分析。
重复上述步骤5次，所得残渣工业分析结果如下：
由于煤粉在高炉风口条件下的燃烧过程中，煤粉的灰分是不可燃物质，不能进行燃烧，全部进入未燃煤粉中。因此，在燃烧过程中，煤粉的灰分总量保持平衡。根据灰分总量平衡就可以求出煤粉在高炉风口喷吹条件下的燃烧率。具体公式如下：
式中：R——煤粉燃烧率，%；
A0——煤粉燃烧前的灰分含量，%；
A1——未燃煤粉灰分含量，%。
按照上述公式计算得到，攀枝花瘦煤五次的燃烧率为32.28%、33.36%、29.80%、34.95%、34.41%。
由上述实施例可知，本发明的测量波动小，精度高。
实施例二：
测定富源老厂无烟煤在富氧率3%条件下的燃烧率，该煤工业分析详见下表：
具体步骤如下：
（1）取煤样200g，烘干装入煤粉喷吹罐备用。
（2）燃烧装置、热风装置同步开始启动升温。2小时以后燃烧装置、热风装置升至900℃，恒温30min，确保燃烧管内温度稳定均匀。
（3）启动空压机，喷吹阀、热风阀关闭，放散阀开启。燃烧管内温度均匀后，打开热风阀，开始向燃烧管内供热风，风温保持900℃。调节阀门开度保持风量大小至10L/min，并保持恒温30min。
打开氧气阀，调节氧气流量至0.395L/min。
热风富氧率按下式计算：
富氧率=富氧后热风氧含量-热风含氧量
=（热风流量×热风含氧量+氧气流量）÷（热风流量+氧气流量）
×100% - 热风含氧量
当地空气含氧量为21.0%，视同热风含氧量为21.0%。本例中，热风流量为10L/min，氧气流量为0.395L/min，则：
富氧率=（10L/min×21.0%+0.395L/min）÷（10L/min+0.395L/min）
×100% - 21.0%
=3%
富氧率满足试验条件。
（4）燃烧管内温度稳定在900℃左右，具备喷吹条件后，依次打开下料阀、喷吹阀，煤粉在压缩空气推动下进入燃烧管内燃烧。
（5）燃烧后的红热煤粉在重力作用下落入炉底水槽，并熄灭。
（6）取出水槽，把水槽中的残渣滤出，进行工业分析。
重复上述步骤5次，所得残渣工业分析结果如下：
由于煤粉在高炉风口条件下的燃烧过程中，煤粉的灰分是不可燃物质，不能进行燃烧，全部进入未燃煤粉中。因此，在燃烧过程中，煤粉的灰分总量保持平衡。根据灰分总量平衡就可以求出煤粉在高炉风口喷吹条件下的燃烧率。具体公式如下：
式中：R——煤粉燃烧率，%；
A0——煤粉燃烧前的灰分含量，%；
A1——未燃煤粉灰分含量，%。
按照上述公式计算得到，攀枝花瘦煤五次的燃烧率为36.06%、39.46%、37.70%、36.89%、37.50%。
由上述实施例可知，本发明的测量波动小，精度高。
本发明可有效提高检测的精度，其能够进行煤粉连续喷吹，实现了煤粉燃烧性能的动态测定。试验结果对高炉喷吹煤种选用、喷煤结构调整具有很强的指导意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种煤粉燃烧性能检测装置，包括燃烧装置、热风装置、富氧装置以及喷吹装置；其特征在于：所述燃烧装置包括圆筒状的炉壳，安装于炉壳腔体内的燃烧管，缠绕于燃烧管外壁上的电热线圈，设置于燃烧管下方的水槽，以及盖住炉壳上端的盖板；所述喷吹装置包括喷吹罐，以及通过喷吹管与喷吹罐进气口连接的气源装置；所述喷吹管上设置有喷吹阀；所述喷吹罐的出料口通过喷料管接入燃烧管上部，所述喷料管上设置有下料阀；所述热风装置包括换热管，以及用于加热换热管的加热器；所述换热管的出气端伸入燃烧管的上部，进气端端通过送风管与气源装置连接；所述富氧装置包括氧气瓶；所述氧气瓶通过氧气管与送风管连接，所述氧气管上设置有氧气阀和氧气流量计，所述送风管上设置有送风阀和送风流量计。
2.根据权利要求1所述的煤粉燃烧性能检测装置，其特征在于：所述炉壳采用隔热保温材料制成。
3.根据权利要求1所述的煤粉燃烧性能检测装置，其特征在于：所述加热器采用电加热器。
4.一种煤粉燃烧性能检测方法，采用权利要求1-3任一所述的检测装置，其特征在于包括如下步骤：
步骤（1）、煤样制作，如果是煤粉，用200目筛子过筛，取筛下部分留用；如果是煤块，用球磨机磨至粉状，再用200目筛子过筛，取筛下部分留用；按照《GB212-91煤的工业分析方法》对煤样进行工业分析，获得煤样准确的灰成分分析数据；
步骤（2）、取一定量的煤样，放置在恒温箱中，烘干煤样的游离水；
步骤（3）、煤样烘干后，装入喷吹罐备用；
步骤（4）、把燃烧装置、热风装置升温至试验温度，并向燃烧管内送入热风，热风流量5-20L/min；达到目标温度后，恒温30-60mim，确保试验温度均匀稳定，即具备喷吹条件；
步骤（5）、根据富氧率测算氧气流量，打开氧气阀门，调节氧气流量到目标值；
步骤（6）、具备喷吹条件后，将煤粉喷入燃烧管内。
步骤（7）、煤粉的着火点380-410℃之间，喷吹罐中的煤粉在压缩空气的推动下进入燃烧管，呈喷射状分散开来，在热风供氧、供热的条件下迅速着火燃烧；红热的未燃煤粉、灰分经过燃烧管落入水槽，被水熄灭；
步骤（8）、收集水槽中燃烧后的煤粉，用滤纸滤出、烘干后，再按照《GB212-91煤的工业分析方法》进行工业分析，获得准确的燃烧后煤粉的灰分分析；
步骤（9）、根据灰分总量平衡就可以求出煤粉在高炉风口喷吹条件下的燃烧率；具体公式如下：（灰平衡法是行业内普遍认同的计算方法）
式中：R——煤粉燃烧率，%；
A0——煤粉燃烧前的灰分含量，%；
A1——未燃煤粉灰分含量，%。
5.根据权利要求4所述的煤粉燃烧性能检测方法，其特征在于：所述气源装置包括空压气和储气包；所述储气包上设置于有放散阀；所述喷吹管和送风管分别与储气包连接。
6.根据权利要求4所述的煤粉燃烧性能检测方法，其特征在于：所述步骤（2）中煤样的取样量为100-400g。
7.根据权利要求4所述的煤粉燃烧性能检测方法，其特征在于：所述步骤（2）中煤样的取样量为200g，在105℃恒温箱中放置2小时。
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