CN109342171A - 煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置及方法 - Google Patents
煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109342171A CN109342171A CN201811175411.9A CN201811175411A CN109342171A CN 109342171 A CN109342171 A CN 109342171A CN 201811175411 A CN201811175411 A CN 201811175411A CN 109342171 A CN109342171 A CN 109342171A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coal
- gas
- temperature
- coal sample
- temperature sensor
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/44—Sample treatment involving radiation, e.g. heat
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2226—Sampling from a closed space, e.g. food package, head space
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
本发明公开了一种煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置及方法，该装置包括依次连接的进气机构、复合反应机构、定量取气机构和色谱分析仪；该方法包括步骤：一、填充煤样；二、煤样加热；三、配置煤氧复合反应气体；四、气体的加热；五、煤氧复合反应的进行；六、获取煤氧复合反应数据；七、N次重复步骤一至步骤六；八、构建质量变化值和电流变化值的拟合函数；九、动态测定煤氧复合反应气态产物组分及煤重。本发明对各个实验气体的充分混合，满足各种高要求的实验气体，煤氧精确反应，系统误差小，且利用定量取气机构获取各阶段煤氧复合反应气态产物组分，将表征相对缓慢化学反应过程本质的温度、重量、气体组分予以可靠提取，综合测量。
Description
技术领域
本发明属于煤氧复合反应技术领域，具体涉及一种煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置及方法。
背景技术
煤一旦被开采与空气接触，因其活性将与空气中的氧气发生低温氧化反应，在条件合适时会自发加热并最终出现自燃。这些火害性现象不仅导致其可利用热值丧失，而且给煤的开采、加工处理和利用带来严重的安全问题。
因为不同煤体在化学组分、物理结构以及风化程度上的差异，煤在自加热和随之而来的自燃现象中表现出不同的特性。鉴于此，已经有许多方法被开发出来用于评定煤的自加热和自燃倾向性以及在煤氧复合反应中重量和煤体各成分变化。传统的测试煤自燃的方法有绝热法、交叉点温度法和氧吸附法。其中通过“氧吸附”技术测定的样品吸收氧气的量通常可以作为确定煤与氧作用的活性和自加热倾向性的指标，由“氧吸附”技术派生出来的另一个指标叫做Graham比率，或称为CO指标，该指标主要是通过煤在氧化自燃过程中释放的CO的多少，这两种方法对气体有很高的要求，而且测试指标单一，容易造成实验系统误差；交叉点温度法判断煤自燃过程主要是通过对比煤体中几何中心和其附近温度的差异，这种方法虽然直接可以看出温度变化，但是判断指标单一，而且无法对煤自燃过程中各气体成分变化进行监测，也无法对煤自燃过程中重量变化进行可视化；绝热量热法是在特定条件下来确定特定煤样的自燃临界温度及其自燃着火延迟时间，该方法实验过程复杂，对实验环境要求较高，不利于普通实验室的使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其设计新颖合理，利用进气机构可实现对各个实验气体的充分混合，满足各种高要求的实验气体，利用复合反应机构实现煤氧精确反应，系统误差小，且利用定量取气机构获取各阶段煤氧复合反应气态产物组分，将表征相对缓慢化学反应过程本质的温度、重量、气体组分予以可靠提取，综合测量，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其特征在于：包括依次连接的进气机构、复合反应机构、定量取气机构和色谱分析仪；
所述进气机构包括依次安装在气体输入管路上的高压气瓶、气体预混容器、气体混合容器和开关阀，气体预混容器为内表面粗糙的球体结构且气体预混容器内焊接有扰流板，气体混合容器的对角线上设置有风扇；
所述复合反应机构包括自动加热箱以及设置在自动加热箱内的气体加热器和悬挂支架，气体加热器内设置有挡流板，煤罐固定在悬挂支架上，煤罐内盛放有立方体结构的煤样，气体输入管路伸入至自动加热箱与气体加热器的进气端连通，气体加热器的出气端与煤罐的进气端连通，煤样的长度方向中心线上设置有与煤样等长的第一温度传感器，煤样的宽度方向中心线上设置有与煤样等宽的第二温度传感器，煤样的高度方向中心线上设置有与煤样等高的第三温度传感器，第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器均由多个热电偶依次排列组成，电压源的正极与煤样长度方向的一端连接，电压源的负极与煤样长度方向的另一端连接，电流表串联在电压源为煤样供电的回路中，自动加热箱内设置有第四温度传感器，气体加热器内设置有第五温度传感器；
所述定量取气机构包括电机模块以及对称固定在电机模块的电机转轴两侧的第一连接管和第二连接管，第一连接管的一端或第二连接管的一端与气体输出管路连通，气体输出管路伸入至自动加热箱与煤罐的出气端连通，第一连接管的一端安装有第一电磁阀，第一连接管的另一端安装有第二电磁阀，第二连接管的一端安装有第三电磁阀，第二连接管的另一端安装有第四电磁阀，第一连接管的另一端或第二连接管的另一端通过气体采集管路与色谱分析仪连通。
上述的煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其特征在于：所述高压气瓶的数量为多个。
上述的煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其特征在于：所述气体输入管路位于气体混合容器和开关阀之间的管段上依次安装有减压阀和稳压阀，气体输入管路位于开关阀和气体加热器之间的管段上安装有流量计。
上述的煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其特征在于：所述流量计为玻璃转子流量计。
上述的煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其特征在于：所述第四温度传感器和第五温度传感器为热电偶。
上述的煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其特征在于：所述电机模块为步进电机模块。
上述的煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其特征在于：所述流量计、电流表、色谱分析仪、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器均与计算机连接，减压阀、稳压阀、开关阀、电机模块、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀均由计算机控制，计算机上连接有触摸屏。
同时，本发明还公开了一种煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、填充煤样：将煤样填充至煤罐中，利用天平获取煤样的初始质量m1，m1的单位为g；
步骤二、煤样加热，过程如下：
步骤201、利用自动加热箱为煤样加热，直至第四温度传感器检测到自动加热箱内温度达到预设温度；
步骤202、根据公式计算煤样温度T，单位为℃，其中，T1为第一温度传感器采集的煤样长度方向上温度且单位为℃，t1为第一温度传感器中热电偶的温度采集值，单位为℃，L为第一温度传感器中热电偶的数量；T2为第二温度传感器采集的煤样宽度方向上温度且单位为℃，t2为第二温度传感器中热电偶的温度采集值，单位为℃，W为第二温度传感器中热电偶的数量；T3为第三温度传感器采集的煤样高度方向上温度且单位为℃，t3为第三温度传感器中热电偶的温度采集值，单位为℃，H为第三温度传感器中热电偶的数量；
步骤203、比对煤样温度T与自动加热箱内温度，当煤样温度T与自动加热箱内温度相等时，自动加热箱保持恒温，煤样加热结束，此时，记录电流表的初始电流值I1，I1的单位为A；
步骤三、配置煤氧复合反应气体：设置四个高压气瓶，四个高压气瓶中分别盛放高压氧气、高压氮气、高压二氧化碳和高压水蒸气，选定四个高压气瓶中气体的比例，将四个高压气瓶中气体分别通入至气体预混容器中进行气体的预混合，再将预混合好的气体通入气体混合容器中进行二次充分混合，通过控制减压阀、稳压阀和开关阀的开启，将充分混合的气体输入至气体加热器；
步骤四、气体的加热：利用气体加热器对充分混合的气体进行加热，当第五温度传感器检测到的气体温度与自动加热箱内温度一致时，气体的加热完成；
步骤五、煤氧复合反应的进行：将加热好的气体通入煤罐与煤罐中的煤样进行煤氧复合反应；
步骤六、获取煤氧复合反应数据：根据公式计算煤样煤氧复合反应后温度T′，单位为℃，其中，T′1为第一温度传感器采集的煤样煤氧复合反应后长度方向上温度且单位为℃，t′1为第一温度传感器中热电偶的温度变化采集值，单位为℃；T′2为第二温度传感器采集的煤样煤氧复合反应后宽度方向上温度且单位为℃，t′2为第二温度传感器中热电偶的温度变化采集值，单位为℃；T′3为第三温度传感器采集的煤样煤氧复合反应后高度方向上温度且单位为℃，t′3为第三温度传感器中热电偶的温度变化采集值，单位为℃；
当煤样煤氧复合反应后温度T′达到预设温度阈值时，记录电流表的电流实际值I2，I2的单位为A；同时，利用第一连接管的一端或第二连接管的一端与气体输出管路连通取气，当利用第一连接管的一端取气时，第一电磁阀打开，第二电磁阀和第三电磁阀关闭，第一连接管取气结束后，第一电磁阀关闭，计算机控制电机模块使电机转轴转动，直至第一连接管的另一端与气体采集管路对接，第二电磁阀打开，第一连接管内的气体通过气体采集管路进入色谱分析仪，实现煤氧复合反应气态产物组分测定；
当利用第二连接管的一端取气时，第三电磁阀打开，第一电磁阀和第四电磁阀关闭，第二连接管取气结束后，第三电磁阀关闭，计算机控制电机模块使电机转轴转动，直至第二连接管的另一端与气体采集管路对接，第四电磁阀打开，第二连接管内的气体通过气体采集管路进入色谱分析仪，实现煤氧复合反应气态产物组分测定；
同时，关闭自动加热箱，装有高压二氧化碳的高压气瓶快速的向煤罐内通入二氧化碳气体制止煤氧复合反应，待残余煤样冷却至常温时，利用天平获取残余煤样的实际质量m2，m2的单位为g；
步骤七、N次重复步骤一至步骤六，每次重复步骤一至步骤六时，自动加热箱的预设温度各不相同，得到N组数据组，每组所述数据组均包括质量变化值Δm和电流变化值ΔI，其中，N为不小于10的正整数，
步骤八、构建质量变化值和电流变化值的拟合函数：计算机构建质量变化值和电流变化值的拟合函数Δm＝aΔI+b，其中，a为拟合函数的斜率参数，b为拟合函数的截距参数；
将N组数据组利用最小二乘拟合法拟合，得到拟合函数的斜率参数a和拟合函数的截距参数b；
步骤九、动态测定煤氧复合反应气态产物组分及煤重，过程如下：
步骤901、将煤样填充至煤罐中，利用天平获取煤样的初始质量m1；
步骤902、利用自动加热箱为煤样加热，直至第四温度传感器检测到自动加热箱内温度达到预设温度；计算煤样温度T，比对煤样温度T与自动加热箱内温度，当煤样温度T与自动加热箱内温度相等时，记录电流表的初始电流值I1；
步骤903、选定四个高压气瓶中气体的比例，将充分混合的气体输入至气体加热器；
步骤904、利用气体加热器对充分混合的气体进行加热，当第五温度传感器检测到的气体温度与自动加热箱内温度一致时，将加热好的气体通入煤罐与煤罐中的煤样进行煤氧复合反应；
步骤905、实时计算煤样煤氧复合反应后温度T′，记录电流表的电流实际值，利用第一连接管的一端或第二连接管的一端与气体输出管路连通取气，通过气体采集管路进入色谱分析仪，实现煤氧复合反应气态产物组分测定，利用质量变化值和电流变化值的拟合函数Δm＝aΔI+b，计算残余煤样的实际质量m2；
步骤906、对自动加热箱进行升温，同时对气体加热器进行升温，使自动加热箱内温度和气体加热器内温度跟随煤样煤氧复合反应后温度T′，继续记录电流表的电流实际值，利用第一连接管的一端或第二连接管的一端与气体输出管路连通取气，通过气体采集管路进入色谱分析仪，实现煤氧复合反应气态产物组分动态测定，利用质量变化值和电流变化值的拟合函数Δm＝aΔI+b，继续计算新的残余煤样的实际质量m2，实现煤氧复合反应煤重动态测定。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用的装置通过将气体预混容器设计为内表面粗糙的球体结构，使进入容器的气体产生湍流，实现气体的预混合，再在气体混合容器内对角线上设置风扇，实现二次充分混合，使用效果好，便于推广使用。
2、本发明采用的装置通过在煤样的长度方向中心线上设置与煤样等长的第一温度传感器，在煤样的宽度方向中心线上设置与煤样等宽的第二温度传感器，在煤样的高度方向中心线上设置与煤样等高的第三温度传感器，利用第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器采集的温度值进行积分运算，在求取三个温度的平均值作为煤样的整体温度，可靠稳定，避免使用煤样传统的极值温度或中心温度，使得煤样温度值更接近其真实温度，使用效果好。
3、本发明采用的装置通过设置定量取气机构，采集某个温度条件下煤样复合反应的气体组分，避免持续取气对正在进行分析的气体产生干扰，造成分析误差，且可通过第一连接管和第二连接管交替取气，操作简单，使用可靠。
4、本发明采用的装置通过设置气体加热器且气体加热器内设置挡流板对通入的气体进行均匀的加热，使进入煤罐的气体与煤罐中的煤样温度一致，避免常温气体对煤样造成局部温度不均匀，造成系统误差。
5、本发明采用的方法，步骤简单，通过构建质量变化值和电流变化值的拟合函数，利用实验前后煤样的导电电流差，求取实验前后煤样的质量差，进而通过实验前的质量参数，获取实验后的煤样质量，且通过复合反应机构、定量取气机构和色谱分析仪的配合，将表征相对缓慢化学反应过程本质的温度、重量、气体组分予以可靠提取，综合测量，便于推广使用。
综上所述，本发明设计新颖合理，利用进气机构可实现对各个实验气体的充分混合，满足各种高要求的实验气体，利用复合反应机构实现煤氧精确反应，系统误差小，且利用定量取气机构获取各阶段煤氧复合反应气态产物组分，将表征相对缓慢化学反应过程本质的温度、重量、气体组分予以可靠提取，综合测量，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明装置的结构连接示意图。
图2为本发明装置的电路原理框图。
图3为本发明方法的方法流程框图。
附图标记说明:
1—高压气瓶； 2—气体预混容器； 3—气体混合容器；
4—风扇； 5—减压阀； 6—稳压阀；
7—开关阀； 8—流量计； 9—气体输入管路；
10—自动加热箱； 11—气体加热器； 12—挡流板；
13—支架； 14—电流表； 15—煤罐；
16—煤样； 17—第三温度传感器； 18—第一温度传感器；
19—电压源； 20—气体输出管路； 21—电机转轴；
22—第一连接管； 23—第二连接管； 24—第一电磁阀；
25—第二电磁阀； 26—第三电磁阀； 27—第四电磁阀；
28—气体采集管路； 29—色谱分析仪； 30—第二温度传感器；
31—第四温度传感器； 32—第五温度传感器； 33—触摸屏；
34—计算机； 35—电机模块。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明所述的煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，包括依次连接的进气机构、复合反应机构、定量取气机构和色谱分析仪29；
所述进气机构包括依次安装在气体输入管路9上的高压气瓶1、气体预混容器2、气体混合容器3和开关阀7，气体预混容器2为内表面粗糙的球体结构且气体预混容器2内焊接有扰流板，气体混合容器3的对角线上设置有风扇4；
所述复合反应机构包括自动加热箱10以及设置在自动加热箱10内的气体加热器11和悬挂支架13，气体加热器11内设置有挡流板12，煤罐15固定在悬挂支架13上，煤罐15内盛放有立方体结构的煤样16，气体输入管路9伸入至自动加热箱10与气体加热器11的进气端连通，气体加热器11的出气端与煤罐15的进气端连通，煤样16的长度方向中心线上设置有与煤样16等长的第一温度传感器18，煤样16的宽度方向中心线上设置有与煤样16等宽的第二温度传感器30，煤样16的高度方向中心线上设置有与煤样16等高的第三温度传感器17，第一温度传感器18、第二温度传感器30和第三温度传感器17均由多个热电偶依次排列组成，电压源19的正极与煤样16长度方向的一端连接，电压源19的负极与煤样16长度方向的另一端连接，电流表14串联在电压源19为煤样16供电的回路中，自动加热箱10内设置有第四温度传感器31，气体加热器11内设置有第五温度传感器32；
所述定量取气机构包括电机模块35以及对称固定在电机模块35的电机转轴21两侧的第一连接管22和第二连接管23，第一连接管22的一端或第二连接管23的一端与气体输出管路20连通，气体输出管路20伸入至自动加热箱10与煤罐15的出气端连通，第一连接管22的一端安装有第一电磁阀24，第一连接管22的另一端安装有第二电磁阀25，第二连接管23的一端安装有第三电磁阀26，第二连接管23的另一端安装有第四电磁阀27，第一连接管22的另一端或第二连接管23的另一端通过气体采集管路28与色谱分析仪29连通。
需要说明的是，通过将气体预混容器2设计为内表面粗糙的球体结构的目的是使进入气体预混容器2内的气体在与容器壁进行碰触时，成股的气流被打散，产生湍流现象，实现气体的预混合，避免成股的气流之间没来得及混合就被送入煤样，造成煤氧反应不均匀，给实验带来极大的误差，气体预混容器2内焊接有扰流板的目的是进一步对进入气体预混容器2内的气体进行扰动，达到气体均匀混合，满足各种高要求的实验气体的需求；再通过在气体混合容器3中设置风扇4，是预混合后的气体进一步混合，实现二次充分混合，使用效果好；设置气体加热器11的目的是对进入煤罐的气体进行预热与煤罐中的煤样温度一致，避免常温气体对煤样造成局部温度不均匀，造成系统误差，气体加热器11内设置有挡流板12的目的是进一步对气体混合，延长气体的流经路径，且进一步气体的均匀充分加热；第一温度传感器18、第二温度传感器30和第三温度传感器17均由多个热电偶依次排列组成，实现对立方体结构的煤样16进行立体全方位的温度测量，利用第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器采集的温度值进行积分运算，再求取三个积分温度的平均值作为煤样的整体温度，可靠稳定，避免使用煤样传统的极值温度或中心温度，使得煤样温度值更接近其真实温度；在煤样16上加载电压源19的目的是通过煤样的导电性能，获取煤样的导电电流，当煤样发生复合反应后，煤样会因为自耗能而使煤样的电阻率增大，导致煤样的导电电流减小，进而降低煤样的质量，因此，煤重与煤样的导电电流之间存在一个拟合线性函数，实际使用中，通过多次实验，获取多组实验前后煤样的导电电流差和质量差，采用最小二乘拟合法拟合，得到拟合函数，进而在后续的实验中，通过电流的变化量反应煤样质量的变化量，进而实现煤氧复合反应煤重动态测定。
实际使用中，通过设置定量取气机构，采集某个温度条件下煤样复合反应的气体组分，避免持续取气对正在进行分析的气体产生干扰，造成分析误差，且可通过第一连接管和第二连接管交替取气，操作简单，使用可靠。
本实施例中，所述高压气瓶1的数量为多个。
需要说明的是，通过多个高压气瓶1分别存储空气中多种气体，优选的高压气瓶1的数量为四个，四个高压气瓶1中分别盛放高压氧气、高压氮气、高压二氧化碳和高压水蒸气。
本实施例中，所述气体输入管路9位于气体混合容器3和开关阀7之间的管段上依次安装有减压阀5和稳压阀6，气体输入管路9位于开关阀7和气体加热器11之间的管段上安装有流量计8。
本实施例中，所述流量计8为玻璃转子流量计。
本实施例中，所述第四温度传感器31和第五温度传感器32为热电偶。
本实施例中，所述电机模块35为步进电机模块。
实际使用中，第一连接管22和第二连接管23交替进出取气，第一连接管22和第二连接管23中的一个管路与气体输出管路20连通，第一连接管22和第二连接管23中的另一个管路与气体采集管路28连通，电机模块35采用步进电机模块，在第一连接管22和第二连接管23交换的过程中，计算好步进电机模块的步进步数，实现第一连接管22与气体输出管路20或气体采集管路28，实现第二连接管23与气体采集管路28或气体输出管路20的精确连接，控制简单可靠。
本实施例中，所述流量计8、电流表14、色谱分析仪29、第一温度传感器18、第二温度传感器30、第三温度传感器17、第四温度传感器31和第五温度传感器32均与计算机34连接，减压阀5、稳压阀6、开关阀7、电机模块35、第一电磁阀24、第二电磁阀25、第三电磁阀26和第四电磁阀27均由计算机34控制，计算机34上连接有触摸屏33。
如图3所示的一种煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定的方法，包括以下步骤：
步骤一、填充煤样：将煤样16填充至煤罐15中，利用天平获取煤样16的初始质量m1，m1的单位为g；
步骤二、煤样加热，过程如下：
步骤201、利用自动加热箱10为煤样16加热，直至第四温度传感器31检测到自动加热箱10内温度达到预设温度；
步骤202、根据公式计算煤样16温度T，单位为℃，其中，T1为第一温度传感器18采集的煤样16长度方向上温度且单位为℃，t1为第一温度传感器18中热电偶的温度采集值，单位为℃，L为第一温度传感器18中热电偶的数量；T2为第二温度传感器30采集的煤样16宽度方向上温度且单位为℃，t2为第二温度传感器30中热电偶的温度采集值，单位为℃，W为第二温度传感器30中热电偶的数量；T3为第三温度传感器17采集的煤样16高度方向上温度且单位为℃，t3为第三温度传感器17中热电偶的温度采集值，单位为℃，H为第三温度传感器17中热电偶的数量；
步骤203、比对煤样16温度T与自动加热箱10内温度，当煤样16温度T与自动加热箱10内温度相等时，自动加热箱10保持恒温，煤样加热结束，此时，记录电流表14的初始电流值I1，I1的单位为A；
步骤三、配置煤氧复合反应气体：设置四个高压气瓶1，四个高压气瓶1中分别盛放高压氧气、高压氮气、高压二氧化碳和高压水蒸气，选定四个高压气瓶1中气体的比例，将四个高压气瓶1中气体分别通入至气体预混容器2中进行气体的预混合，再将预混合好的气体通入气体混合容器3中进行二次充分混合，通过控制减压阀5、稳压阀6和开关阀7的开启，将充分混合的气体输入至气体加热器11；
步骤四、气体的加热：利用气体加热器11对充分混合的气体进行加热，当第五温度传感器32检测到的气体温度与自动加热箱10内温度一致时，气体的加热完成；
步骤五、煤氧复合反应的进行：将加热好的气体通入煤罐15与煤罐15中的煤样16进行煤氧复合反应；
步骤六、获取煤氧复合反应数据：根据公式计算煤样16煤氧复合反应后温度T′，单位为℃，其中，T′1为第一温度传感器18采集的煤样16煤氧复合反应后长度方向上温度且单位为℃，t′1为第一温度传感器18中热电偶的温度变化采集值，单位为℃；T′2为第二温度传感器30采集的煤样16煤氧复合反应后宽度方向上温度且单位为℃，t′2为第二温度传感器30中热电偶的温度变化采集值，单位为℃；T′3为第三温度传感器17采集的煤样16煤氧复合反应后高度方向上温度且单位为℃，t′3为第三温度传感器17中热电偶的温度变化采集值，单位为℃；
当煤样16煤氧复合反应后温度T′达到预设温度阈值时，记录电流表14的电流实际值I2，I2的单位为A；同时，利用第一连接管22的一端或第二连接管23的一端与气体输出管路20连通取气，当利用第一连接管22的一端取气时，第一电磁阀24打开，第二电磁阀25和第三电磁阀26关闭，第一连接管22取气结束后，第一电磁阀24关闭，计算机34控制电机模块35使电机转轴21转动，直至第一连接管22的另一端与气体采集管路28对接，第二电磁阀25打开，第一连接管22内的气体通过气体采集管路28进入色谱分析仪29，实现煤氧复合反应气态产物组分测定；
当利用第二连接管23的一端取气时，第三电磁阀26打开，第一电磁阀24和第四电磁阀27关闭，第二连接管23取气结束后，第三电磁阀26关闭，计算机34控制电机模块35使电机转轴21转动，直至第二连接管23的另一端与气体采集管路28对接，第四电磁阀27打开，第二连接管23内的气体通过气体采集管路28进入色谱分析仪29，实现煤氧复合反应气态产物组分测定；
同时，关闭自动加热箱10，装有高压二氧化碳的高压气瓶1快速的向煤罐15内通入二氧化碳气体制止煤氧复合反应，待残余煤样冷却至常温时，利用天平获取残余煤样的实际质量m2，m2的单位为g；
步骤七、N次重复步骤一至步骤六，每次重复步骤一至步骤六时，自动加热箱10的预设温度各不相同，得到N组数据组，每组所述数据组均包括质量变化值Δm和电流变化值ΔI，其中，N为不小于10的正整数，
步骤八、构建质量变化值和电流变化值的拟合函数：计算机34构建质量变化值和电流变化值的拟合函数Δm＝aΔI+b，其中，a为拟合函数的斜率参数，b为拟合函数的截距参数；
将N组数据组利用最小二乘拟合法拟合，得到拟合函数的斜率参数a和拟合函数的截距参数b；
步骤九、动态测定煤氧复合反应气态产物组分及煤重，过程如下：
步骤901、将煤样16填充至煤罐15中，利用天平获取煤样16的初始质量m1；
步骤902、利用自动加热箱10为煤样16加热，直至第四温度传感器31检测到自动加热箱10内温度达到预设温度；计算煤样16温度T，比对煤样16温度T与自动加热箱10内温度，当煤样16温度T与自动加热箱10内温度相等时，记录电流表14的初始电流值I1；
步骤903、选定四个高压气瓶1中气体的比例，将充分混合的气体输入至气体加热器11；
步骤904、利用气体加热器11对充分混合的气体进行加热，当第五温度传感器32检测到的气体温度与自动加热箱10内温度一致时，将加热好的气体通入煤罐15与煤罐15中的煤样16进行煤氧复合反应；
步骤905、实时计算煤样16煤氧复合反应后温度T′，记录电流表14的电流实际值，利用第一连接管22的一端或第二连接管23的一端与气体输出管路20连通取气，通过气体采集管路28进入色谱分析仪29，实现煤氧复合反应气态产物组分测定，利用质量变化值和电流变化值的拟合函数Δm＝aΔI+b，计算残余煤样的实际质量m2；
步骤906、对自动加热箱10进行升温，同时对气体加热器11进行升温，使自动加热箱10内温度和气体加热器11内温度跟随煤样16煤氧复合反应后温度T′，继续记录电流表14的电流实际值，利用第一连接管22的一端或第二连接管23的一端与气体输出管路20连通取气，通过气体采集管路28进入色谱分析仪29，实现煤氧复合反应气态产物组分动态测定，利用质量变化值和电流变化值的拟合函数Δm＝aΔI+b，继续计算新的残余煤样的实际质量m2，实现煤氧复合反应煤重动态测定。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其特征在于：包括依次连接的进气机构、复合反应机构、定量取气机构和色谱分析仪(29)；
所述进气机构包括依次安装在气体输入管路(9)上的高压气瓶(1)、气体预混容器(2)、气体混合容器(3)和开关阀(7)，气体预混容器(2)为内表面粗糙的球体结构且气体预混容器(2)内焊接有扰流板，气体混合容器(3)的对角线上设置有风扇(4)；
所述复合反应机构包括自动加热箱(10)以及设置在自动加热箱(10)内的气体加热器(11)和悬挂支架(13)，气体加热器(11)内设置有挡流板(12)，煤罐(15)固定在悬挂支架(13)上，煤罐(15)内盛放有立方体结构的煤样(16)，气体输入管路(9)伸入至自动加热箱(10)与气体加热器(11)的进气端连通，气体加热器(11)的出气端与煤罐(15)的进气端连通，煤样(16)的长度方向中心线上设置有与煤样(16)等长的第一温度传感器(18)，煤样(16)的宽度方向中心线上设置有与煤样(16)等宽的第二温度传感器(30)，煤样(16)的高度方向中心线上设置有与煤样(16)等高的第三温度传感器(17)，第一温度传感器(18)、第二温度传感器(30)和第三温度传感器(17)均由多个热电偶依次排列组成，电压源(19)的正极与煤样(16)长度方向的一端连接，电压源(19)的负极与煤样(16)长度方向的另一端连接，电流表(14)串联在电压源(19)为煤样(16)供电的回路中，自动加热箱(10)内设置有第四温度传感器(31)，气体加热器(11)内设置有第五温度传感器(32)；
所述定量取气机构包括电机模块(35)以及对称固定在电机模块(35)的电机转轴(21)两侧的第一连接管(22)和第二连接管(23)，第一连接管(22)的一端或第二连接管(23)的一端与气体输出管路(20)连通，气体输出管路(20)伸入至自动加热箱(10)与煤罐(15)的出气端连通，第一连接管(22)的一端安装有第一电磁阀(24)，第一连接管(22)的另一端安装有第二电磁阀(25)，第二连接管(23)的一端安装有第三电磁阀(26)，第二连接管(23)的另一端安装有第四电磁阀(27)，第一连接管(22)的另一端或第二连接管(23)的另一端通过气体采集管路(28)与色谱分析仪(29)连通。
2.按照权利要求1所述的煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其特征在于：所述高压气瓶(1)的数量为多个。
3.按照权利要求1所述的煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其特征在于：所述气体输入管路(9)位于气体混合容器(3)和开关阀(7)之间的管段上依次安装有减压阀(5)和稳压阀(6)，气体输入管路(9)位于开关阀(7)和气体加热器(11)之间的管段上安装有流量计(8)。
4.按照权利要求3所述的煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其特征在于：所述流量计(8)为玻璃转子流量计。
5.按照权利要求1所述的煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其特征在于：所述第四温度传感器(31)和第五温度传感器(32)为热电偶。
6.按照权利要求1所述的煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其特征在于：所述电机模块(35)为步进电机模块。
7.按照权利要求3所述的煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置，其特征在于：所述流量计(8)、电流表(14)、色谱分析仪(29)、第一温度传感器(18)、第二温度传感器(30)、第三温度传感器(17)、第四温度传感器(31)和第五温度传感器(32)均与计算机(34)连接，减压阀(5)、稳压阀(6)、开关阀(7)、电机模块(35)、第一电磁阀(24)、第二电磁阀(25)、第三电磁阀(26)和第四电磁阀(27)均由计算机(34)控制，计算机(34)上连接有触摸屏(33)。
8.一种利用如权利要求7所述装置进行煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、填充煤样：将煤样(16)填充至煤罐(15)中，利用天平获取煤样(16)的初始质量m1，m1的单位为g；
步骤二、煤样加热，过程如下：
步骤201、利用自动加热箱(10)为煤样(16)加热，直至第四温度传感器(31)检测到自动加热箱(10)内温度达到预设温度；
步骤202、根据公式计算煤样(16)温度T，单位为℃，其中，T1为第一温度传感器(18)采集的煤样(16)长度方向上温度且单位为℃，t1为第一温度传感器(18)中热电偶的温度采集值，单位为℃，L为第一温度传感器(18)中热电偶的数量；T2为第二温度传感器(30)采集的煤样(16)宽度方向上温度且单位为℃，t2为第二温度传感器(30)中热电偶的温度采集值，单位为℃，W为第二温度传感器(30)中热电偶的数量；T3为第三温度传感器(17)采集的煤样(16)高度方向上温度且单位为℃，t3为第三温度传感器(17)中热电偶的温度采集值，单位为℃，H为第三温度传感器(17)中热电偶的数量；
步骤203、比对煤样(16)温度T与自动加热箱(10)内温度，当煤样(16)温度T与自动加热箱(10)内温度相等时，自动加热箱(10)保持恒温，煤样加热结束，此时，记录电流表(14)的初始电流值I1，I1的单位为A；
步骤三、配置煤氧复合反应气体：设置四个高压气瓶(1)，四个高压气瓶(1)中分别盛放高压氧气、高压氮气、高压二氧化碳和高压水蒸气，选定四个高压气瓶(1)中气体的比例，将四个高压气瓶(1)中气体分别通入至气体预混容器(2)中进行气体的预混合，再将预混合好的气体通入气体混合容器(3)中进行二次充分混合，通过控制减压阀(5)、稳压阀(6)和开关阀(7)的开启，将充分混合的气体输入至气体加热器(11)；
步骤四、气体的加热：利用气体加热器(11)对充分混合的气体进行加热，当第五温度传感器(32)检测到的气体温度与自动加热箱(10)内温度一致时，气体的加热完成；
步骤五、煤氧复合反应的进行：将加热好的气体通入煤罐(15)与煤罐(15)中的煤样(16)进行煤氧复合反应；
步骤六、获取煤氧复合反应数据：根据公式计算煤样(16)煤氧复合反应后温度T'，单位为℃，其中，T1'为第一温度传感器(18)采集的煤样(16)煤氧复合反应后长度方向上温度且单位为℃，t′1为第一温度传感器(18)中热电偶的温度变化采集值，单位为℃；T′2为第二温度传感器(30)采集的煤样(16)煤氧复合反应后宽度方向上温度且单位为℃，t'2为第二温度传感器(30)中热电偶的温度变化采集值，单位为℃；T′3为第三温度传感器(17)采集的煤样(16)煤氧复合反应后高度方向上温度且单位为℃，t'3为第三温度传感器(17)中热电偶的温度变化采集值，单位为℃；
当煤样(16)煤氧复合反应后温度T'达到预设温度阈值时，记录电流表(14)的电流实际值I2，I2的单位为A；同时，利用第一连接管(22)的一端或第二连接管(23)的一端与气体输出管路(20)连通取气，当利用第一连接管(22)的一端取气时，第一电磁阀(24)打开，第二电磁阀(25)和第三电磁阀(26)关闭，第一连接管(22)取气结束后，第一电磁阀(24)关闭，计算机(34)控制电机模块(35)使电机转轴(21)转动，直至第一连接管(22)的另一端与气体采集管路(28)对接，第二电磁阀(25)打开，第一连接管(22)内的气体通过气体采集管路(28)进入色谱分析仪(29)，实现煤氧复合反应气态产物组分测定；
当利用第二连接管(23)的一端取气时，第三电磁阀(26)打开，第一电磁阀(24)和第四电磁阀(27)关闭，第二连接管(23)取气结束后，第三电磁阀(26)关闭，计算机(34)控制电机模块(35)使电机转轴(21)转动，直至第二连接管(23)的另一端与气体采集管路(28)对接，第四电磁阀(27)打开，第二连接管(23)内的气体通过气体采集管路(28)进入色谱分析仪(29)，实现煤氧复合反应气态产物组分测定；
同时，关闭自动加热箱(10)，装有高压二氧化碳的高压气瓶(1)快速的向煤罐(15)内通入二氧化碳气体制止煤氧复合反应，待残余煤样冷却至常温时，利用天平获取残余煤样的实际质量m2，m2的单位为g；
步骤七、N次重复步骤一至步骤六，每次重复步骤一至步骤六时，自动加热箱(10)的预设温度各不相同，得到N组数据组，每组所述数据组均包括质量变化值Δm和电流变化值ΔI，其中，N为不小于10的正整数，
步骤八、构建质量变化值和电流变化值的拟合函数：计算机(34)构建质量变化值和电流变化值的拟合函数Δm＝aΔI+b，其中，a为拟合函数的斜率参数，b为拟合函数的截距参数；
将N组数据组利用最小二乘拟合法拟合，得到拟合函数的斜率参数a和拟合函数的截距参数b；
步骤九、动态测定煤氧复合反应气态产物组分及煤重，过程如下：
步骤901、将煤样(16)填充至煤罐(15)中，利用天平获取煤样(16)的初始质量m1；
步骤902、利用自动加热箱(10)为煤样(16)加热，直至第四温度传感器(31)检测到自动加热箱(10)内温度达到预设温度；计算煤样(16)温度T，比对煤样(16)温度T与自动加热箱(10)内温度，当煤样(16)温度T与自动加热箱(10)内温度相等时，记录电流表(14)的初始电流值I1；
步骤903、选定四个高压气瓶(1)中气体的比例，将充分混合的气体输入至气体加热器(11)；
步骤904、利用气体加热器(11)对充分混合的气体进行加热，当第五温度传感器(32)检测到的气体温度与自动加热箱(10)内温度一致时，将加热好的气体通入煤罐(15)与煤罐(15)中的煤样(16)进行煤氧复合反应；
步骤905、实时计算煤样(16)煤氧复合反应后温度T'，记录电流表(14)的电流实际值，利用第一连接管(22)的一端或第二连接管(23)的一端与气体输出管路(20)连通取气，通过气体采集管路(28)进入色谱分析仪(29)，实现煤氧复合反应气态产物组分测定，利用质量变化值和电流变化值的拟合函数Δm＝aΔI+b，计算残余煤样的实际质量m2；
步骤906、对自动加热箱(10)进行升温，同时对气体加热器(11)进行升温，使自动加热箱(10)内温度和气体加热器(11)内温度跟随煤样(16)煤氧复合反应后温度T'，继续记录电流表(14)的电流实际值，利用第一连接管(22)的一端或第二连接管(23)的一端与气体输出管路(20)连通取气，通过气体采集管路(28)进入色谱分析仪(29)，实现煤氧复合反应气态产物组分动态测定，利用质量变化值和电流变化值的拟合函数Δm＝aΔI+b，继续计算新的残余煤样的实际质量m2，实现煤氧复合反应煤重动态测定。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811175411.9A CN109342171B (zh) | 2018-10-10 | 2018-10-10 | 煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811175411.9A CN109342171B (zh) | 2018-10-10 | 2018-10-10 | 煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109342171A true CN109342171A (zh) | 2019-02-15 |
| CN109342171B CN109342171B (zh) | 2023-05-05 |
Family
ID=65309048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811175411.9A Active CN109342171B (zh) | 2018-10-10 | 2018-10-10 | 煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109342171B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114200043A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-18 | 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 | 一种煤自然发火标志气体检测系统、方法及其储气装置 |
| CN114778595A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-07-22 | 中国矿业大学 | 一种煤体热膨胀形变测试系统及其方法 |
Citations (5)
| 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 |
| CN105807029A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-07-27 | 河南理工大学 | 基于热重的煤自燃特性测定装置 |
| CN107144678A (zh) * | 2017-03-21 | 2017-09-08 | 华电电力科学研究院 | 一种模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置及其方法 |
| CN107621480A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-01-23 | 西安科技大学 | 基于引领绝热的煤自燃发火周期检测装置及方法 |
| CN108519403A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-09-11 | 辽宁工程技术大学 | 一种基于动态氧环境的油浴式煤程序升温实验装置 |
-
2018
- 2018-10-10 CN CN201811175411.9A patent/CN109342171B/zh active Active
Patent Citations (5)
| 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 |
| CN105807029A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-07-27 | 河南理工大学 | 基于热重的煤自燃特性测定装置 |
| CN107144678A (zh) * | 2017-03-21 | 2017-09-08 | 华电电力科学研究院 | 一种模拟煤场储煤自燃倾向性的测定装置及其方法 |
| CN107621480A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-01-23 | 西安科技大学 | 基于引领绝热的煤自燃发火周期检测装置及方法 |
| CN108519403A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-09-11 | 辽宁工程技术大学 | 一种基于动态氧环境的油浴式煤程序升温实验装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 余明高;林棉金;路长;陈亮;: "不同温度条件下煤的恒温氧化特性实验研究", 河南理工大学学报(自然科学版) * |
| 刘文永 等: "烟煤自燃特性参数差异性实验研究", 煤矿安全 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114200043A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-18 | 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 | 一种煤自然发火标志气体检测系统、方法及其储气装置 |
| CN114200043B (zh) * | 2021-12-01 | 2023-09-05 | 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 | 一种煤自然发火标志气体检测系统、方法及其储气装置 |
| CN114778595A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-07-22 | 中国矿业大学 | 一种煤体热膨胀形变测试系统及其方法 |
| CN114778595B (zh) * | 2022-04-27 | 2024-01-09 | 中国矿业大学 | 一种煤体热膨胀形变测试系统及其方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109342171B (zh) | 2023-05-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104966536B (zh) | 一种以导热油为热流体的高温工质换热试验系统及方法 | |
| CN105372082B (zh) | 一种节能环保多功能智能化换热器性能测试系统 | |
| CN100573129C (zh) | 一种凝结式蒸汽干度测量装置及测量方法 | |
| CN104458063B (zh) | 一种节能型热量表流量检定装置及方法 | |
| CN103983464B (zh) | 换热器性能测试平台 | |
| CN106124357B (zh) | 一种自动取样的多功能煤样升温氧化规律测试平台 | |
| CN102353763A (zh) | 一种测试煤炭自燃发火期小型模拟装置 | |
| CN109342171A (zh) | 煤氧复合反应气态产物组分及煤重动态测定装置及方法 | |
| CN103592142A (zh) | 适用于大型发电设备换热器传热与阻力特性的测试系统 | |
| CN210058277U (zh) | 一种多功能反应釜温控装置 | |
| CN203811299U (zh) | 热敏元件精确控温、高低温检测与寿命测试装置 | |
| CN209028029U (zh) | 煤氧化过程气态产物组分与煤样质量损失测定平台 | |
| CN107621480A (zh) | 基于引领绝热的煤自燃发火周期检测装置及方法 | |
| CN103868558B (zh) | 一种粉体流量在线检测系统及方法 | |
| CN206321436U (zh) | 一种凝结换热器的性能测试装置 | |
| Krapivtsev et al. | Model studies of interloop coolant mixing in VVER-1000 in-reactor pressure channel | |
| CN204730916U (zh) | 一种大型移动式蒸汽热量与质量流量检定装置 | |
| CN204301896U (zh) | 一种节能型热量表流量检定装置 | |
| CN109935154A (zh) | 一种同位素热源发射场火灾模拟试验方法 | |
| CN106680006B (zh) | 一种分体管壳式余热锅炉实验系统及实验方法 | |
| CN109030789A (zh) | 盐浴式煤油加热与裂解模拟试验方法 | |
| CN105136342B (zh) | 微温差条件下提高换热器换热量测量精度的系统及方法 | |
| CN203965368U (zh) | 煤矿乏风瓦斯氧化后的取热试验用装置 | |
| CN207148025U (zh) | 一种煤自燃发火周期检测装置 | |
| CN208420910U (zh) | 盐浴式煤油加热与裂解模拟试验系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |