CN110186744A - 一种烧结固体燃料发热值在线快速检测方法及处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种烧结固体燃料发热值在线快速检测方法：烧结固体燃料试样取样；将经混匀后的烧结固体燃料试样进行缩分；对缩分样在处理装置中进行预处理；分别计算烧结固体燃料试样中碳元素质量百分含量A和氢元素的质量百分含量B；计算烧结固体燃料试样的发热值Q。处理装置：其主要由底座、处理室、电子秤、进气管、进气阀、出气管、出气阀、加热器、升降式压杆、液压缸、L形支撑架、PLC控制器组成，L形支撑架并与底座连接。本发明既可实现在线取样在线取样在线检测，试样量小，无需人工干预，且方法简单易行，可提高检测频率，随时检测烧结固体燃料质量的变化，结果与现场的检测非常接近。

Description

一种烧结固体燃料发热值在线快速检测方法及处理装置
技术领域
本发明涉及一种分析检测方法及处理装置，确切地属于一种烧结固体燃料发热值在线快速检测方法及处理装置。
背景技术
烧结固体燃料质量好坏和配用量的多少直接影响烧结过程液相生成情况,从而影响烧结矿的质量。烧结固体燃料质量差、发热值低，所需要配入的燃料量就需要增加才能满足烧结的需求，反之，燃料质量好、发热值高，配用量就少。实际烧结过程中燃料的质量是波动的，燃料的配用量需随着燃料质量变化进行调整。
目前，烧结固体燃料质量的检测均通过离线取样检测，其存在周期长、频率低，不能满足生产实时调整的及时性需求。
经检索：石油化工自动化2017第5期名称为《工业气相色谱仪在测量燃料气热值中的应用》的文献，提到混合气体燃料热值在线测量方法，其主要有直接测量法和间接测量法。直接测量法是指利用燃烧式热值分析仪，通过燃烧试样的方式来测定燃气的发热量；间接测量法是指通过气相色谱快速分析燃料气的组成，再由混合气体组成数据计算出对应的热值。其仅能用于检测气体燃料中各元素含量的在线检测，不能用于检测固体燃料元素的在线检测。
宁夏电力2012第4期名称为《燃料元素快速分析方法协同试验的检测分析》的文献，其指出煤的元素分析包括碳、氢、氮、硫、氧5种元素，煤的元素组成中以碳、氢、氮3种元素为主，燃料中的碳和氢，是产生热量的主要来源，它们含量的多少决定了发热量的高低。
因此，本申请基于以上问题，提出一种烧结固体燃料发热值在线快速检测方法，并结合技术已经非常成熟气相色谱仪，解决固体燃料热值不能在线检测的问题。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种能在线及时、准确，且检测效率高的烧结固体燃料发热值在线快速检测方法及处理装置。
实现上述目的的措施：
一种烧结固体燃料发热值在线快速检测方法，其步骤：
1）烧结固体燃料试样取样：从烧结燃烧配料皮带上选取4-8个取样点，并在各点取0.5~2g的试样，将所取试样混匀后并称取总重量，待用；
2）将经混匀后的烧结固体燃料试样进行缩分：将取好的烧结固体燃料试样放入缩分器缩分，缩分次数不低于1次，并要求缩分后的试样中要有一份试样的重量在1g~2g，该份烧结固体燃料试样称为缩分样；
3）对2)中所留重量在1g~2g的缩分样在处理装置中进行预处理：
A、从缩分样中称取1g±0.1g的试样，并装入处理装置的试样器皿中，后将器皿放入处理室中的电子称平台上；
B、将试样烘干：烘干温度控制在200~250℃，烘干至电子称显示的数据保持持续稳定1~2min时间，并记下电子称所显示的数据，记为m1，单位为g；
C、将经烘干的试样进行燃烧并采集气体：首先打开处理装置中的进气阀、出气阀，向处理装置的中通入空气；并继续升温，当温度升至500℃时关闭进气阀和出气阀；继续进行加热使温度升至不低于700℃，致使试样完全燃烧为灰烬；待灰烬在电子称显示的数据保持持续稳定1~2min时间，并记下电子称所显示的数据，记为m2，单位为g；燃烧完后处理室的气体待引入工业气相色谱仪进行分析；
D、采用工业气相色谱仪燃烧气体中含有的碳及氢元素进行检测：将处理装置中的出气阀打开，将处理室的燃烧气体通过输送管输入到工业气相色谱仪；将燃烧气体中的氮气和氧元素去除后，检测其它元素的质量百分比，并记下碳元素的质量百分比a，及氢元素的质量百分比b；
4）按照以下公式分别计算烧结固体燃料试样中碳元素质量百分含量A和氢元素的质量百分含量B：
碳元素质量百分含量A=a*(m1-m2)/m1，
氢元素的质量百分含量B=b*(m1-m2)/m1；
5）计算烧结固体燃料试样的发热值Q：其按照以下公式进行计算：
Q=A*32.8MJ/Kg+B*142.9MJ/Kg；
式中：Q的单位为MJ/Kg；
在本式的计算中，将碳元素质量百分含量A和氢元素的质量百分含量B换成小数进行计算。
用于一种烧结固体燃料发热值在线快速检测方法的处理装置，其在于：主要由底座、置于底座上的处理室、放置于处理室的电子秤、与处理室下部连接的进气管、进气管上安装的进气阀、与处理室上部连接的出气管、出气管上安装的出气阀、处理室壁内设有加热器、作用于处理室顶部的升降式压杆、与升降式压杆连接的液压缸、固定液压缸的L形支撑架、与液压缸和电子秤连接的PLC控制器组成，L形支撑架并与底座连接。
其在于：在底座的设置处理室处设有放置槽，处理室的下端置于放置槽内。
本发明之所以要求缩分后的试样中要有一份试样的重量在1g~2g，是由于样量太多，烘干速度慢，影响检测的时间。
本发明之所以对重量在1g~2g的烧结固体燃料试样在处理装置中进行预处理：即在200~250℃进行干燥，后当温度升至500℃时关闭出气阀；再继续进行加热使温度升至不低于700℃燃烧，是由于固体燃料的燃点都在500℃以上，温度升至500℃之前将阀门打开是为了在固体燃料燃烧前将烘干试样产生的水蒸气从处理室排出干净，升至500℃后将阀门关闭是为了将固体燃料燃烧产生的气体收集在处理室中。
本发明与现有技术相比，本发明既可实现在线取样在线取样在线检测，试样量小，无需人工干预，且方法简单易行，可提高检测频率，随时检测烧结固体燃料质量的变化，结果与现场的检测非常接近。
附图说明
图1为本发明进行预处理装置的结构示意图；
图2为图1中底座的结构示意图；
图中：1—底座，2—处理室，3—电子秤，4—进气管，5—进气阀，6—出气管，7—出气阀，8—加热器，9—升降式压杆，10—液压缸，11—L形支撑架，12—信号线，13—PLC控制器，14—输送管，15—工业气相色谱仪，16—放置槽。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
用于一种烧结固体燃料发热值在线快速检测方法的处理装置，其主要由底座1、置于底座1上的处理室2、放置于处理室2的电子秤3、与处理室2下部连接的进气管4、进气管4上安装的进气阀5、与处理室2上部连接的出气管6、出气管6上安装的出气阀7、处理室2壁内设有加热器8、作用于处理室2顶部的升降式压杆9、与升降式压杆9连接的液压缸10、固定液压缸的L形支撑架11、与液压缸10和电子秤3通过信号线12连接的PLC控制器13、通过输送管14与出气管6连接的工业气相色谱仪15组成，L形支撑架11并与底座1采用焊接或螺栓连接。
在底座1的设置处理室2处加工有放置槽16，处理室2的下端置于放置槽16内。
以下各实施例均采用本装置对烧结固体燃料进行预处理。
实施例1
一种烧结固体燃料发热值在线快速检测方法，其步骤：
1）烧结固体燃料试样取样：从烧结燃烧配料皮带上选取了5个取样点，各点取试样量在0.5~2g之间，将所取试样混匀后并称取总重量为7.6g，待用；
2）将经混匀后的烧结固体燃料试样进行缩分：将取好的烧结固体燃料试样放入缩分器缩分，缩分次数为2次，经缩分后的试样中有一份试样的重量为1.932g，该份烧结固体燃料试样称为缩分样；
3）对2)中所留重量在1.932g的缩分样在处理装置中进行预处理：
A、从缩分样中称取了1.098g试样，并将其装入处理装置的试样器皿中，后将器皿放入处理室2中的电子称3的平台上；
B、将试样快速烘干：烘干温度在223℃，烘干至电子称3显示的数据稳定在为1.067g，此数据并保持持续稳定了1.8min时间，记下电子称所显示的数据，记为m1=1.067g；
C、将经烘干的烧结固体燃料试样进行燃烧并采集气体：首先打开处理装置中的进气阀5、出气阀7，向处理室2中通入空气，同时并继续升温，当温度升至500℃时关闭出气阀7；
继续进行加热使温度升至800℃，试样完全燃烧为灰烬；待灰烬在电子称显示的数据保持持续稳定2min时间，显示数据为0.110g，并记下电子称所显示的数据，记为m2=0.110g；燃烧完后处理室的气体待引入工业气相色谱仪15进行分析；
D、采用工业气相色谱仪15对燃烧气体中含有的碳及氢元素进行检测：将处理装置中的出气阀7打开，将处理室2内的燃烧气体通过输送管14输入到工业气相色谱仪15；将燃烧气体中的氮气和氧元素去除后，检测其它元素的质量百分比，碳元素的质量百分比a=99.375%，及氢元素的质量百分比b=0.138%；
4）按照以下公式分别计算烧结固体燃料试样中碳元素质量百分含量A和氢元素的质量百分含量B：已知m1=1.067g，m2=0.110g，a=99.375%，b=0.138%，并带入以下公式计算得：
碳元素质量百分含量A=a*(m1-m2)/m1= 99.375%*(1.067-0.110)/1.067 = 89.130%，
氢元素的质量百分含量B=b*(m1-m2)/m1= 0.138%*(1.067-0.110)/1.067 =0.124%；
5）计算烧结固体燃料试样的发热值Q：其按照以下公式进行计算：已知A= 89.130%，B =0.124%，则
Q=A*32.8MJ/Kg+B*142.9MJ/Kg=89.130%*32.8MJ/Kg+0.124%*142.9MJ/Kg=29.412 MJ/Kg。
经试验室测得此样的发热值Q为29.245 MJ/Kg，本发明的计算的发热值Q接近，在允许的误差范围内，说明本发明是可行的。
实施例2
一种烧结固体燃料发热值在线快速检测方法，其步骤：
1）烧结固体燃料试样取样：从烧结燃烧配料皮带上选取了8个取样点，各点取试样量在0.5~2g之间，将所取试样混匀后并称取总重量为11.4g，待用；
2）将经混匀后的烧结固体燃料试样进行缩分：将取好的烧结固体燃料试样放入缩分器缩分，缩分次数为3次，经缩分后的试样中有一份试样的重量为1.417g，该份烧结固体燃料试样称为缩分样；
3）对2)中所留重量在1.417g的缩分样在处理装置中进行预处理：
A、从缩分样中称取了0.981g试样，并将其装入处理装置的试样器皿中，后将器皿放入处理室2中的电子称3的平台上；
B、将试样快速烘干：烘干温度在235℃，烘干至电子称3显示的数据稳定在为0.912g，此数据并保持持续稳定了1.8min时间，记下电子称所显示的数据，记为m1=0.912g；
C、将经烘干的烧结固体燃料试样进行燃烧并采集气体：首先打开处理装置中的进气阀5、出气阀7，向处理室2中通入空气，同时并继续升温，当温度升至500℃时关闭出气阀7；
继续进行加热使温度升至750℃，试样完全燃烧为灰烬；待灰烬在电子称显示的数据保持持续稳定1.3min时间，显示数据为0.110g，并记下电子称所显示的数据，记为m2=0.110g；燃烧完后处理室的气体待引入工业气相色谱仪15进行分析；
D、采用工业气相色谱仪15对燃烧气体中含有的碳及氢元素进行检测：将处理装置中的出气阀7打开，将处理室2内的燃烧气体通过输送管14输入到工业气相色谱仪15；将燃烧气体中的氮气和氧元素去除后，检测其它元素的质量百分比，碳元素的质量百分比a=96.386%，及氢元素的质量百分比b=0.900%；
4）按照以下公式分别计算烧结固体燃料试样中碳元素质量百分含量A和氢元素的质量百分含量B：已知m1=0.912g，m2=0.110g，a=96.386%，b=0.900%，并带入以下公式计算得：
碳元素质量百分含量A=a*(m1-m2)/m1= 96.386%*(0.912-0.110)/0.912 =84.760%，
氢元素的质量百分含量B=b*(m1-m2)/m1= 0.900%*(0.912-0.110)/0.912=0.791%；
5）计算烧结固体燃料试样的发热值Q：其按照以下公式进行计算：已知A= 84.760%，B =0.900%，则
Q=A*32.8MJ/Kg+B*142.9MJ/Kg=84.760%*32.8MJ/Kg+0.791%*142.9MJ/Kg=28.932 MJ/Kg。
经试验室测得此样的发热值Q为28.843 MJ/Kg，本发明的计算的发热值Q接近，在允许的误差范围内，说明本发明是可行的。
实施例3
一种烧结固体燃料发热值在线快速检测方法，其步骤：
1）烧结固体燃料试样取样：从烧结燃烧配料皮带上选取了6个取样点，各点取试样量在0.5~2g之间，将所取试样混匀后并称取总重量为7.7g，待用；
2）将经混匀后的烧结固体燃料试样进行缩分：将取好的烧结固体燃料试样放入缩分器缩分，缩分次数为2次，经缩分后的试样中有一份试样的重量为1.814g，该份烧结固体燃料试样称为缩分样；
3）对2)中所留重量在1.814g的缩分样在处理装置中进行预处理：
A、从缩分样中称取了1.014g试样，并将其装入处理装置的试样器皿中，后将器皿放入处理室2中的电子称3的平台上；
B、将试样快速烘干：烘干温度在250℃，烘干至电子称3显示的数据稳定在为0.962g，此数据并保持持续稳定了1.7min时间，记下电子称所显示的数据，记为m1=0.962g；
C、将经烘干的烧结固体燃料试样进行燃烧并采集气体：首先打开处理装置中的进气阀5、出气阀7，向处理室2中通入空气，同时并继续升温，当温度升至500℃时关闭出气阀7；
继续进行加热使温度升至820℃，试样完全燃烧为灰烬；待灰烬在电子称显示的数据保持持续稳定1.3min时间，显示数据为0.164g，并记下电子称所显示的数据，记为m2=0.164g；燃烧完后处理室的气体待引入工业气相色谱仪15进行分析；
D、采用工业气相色谱仪15对燃烧气体中含有的碳及氢元素进行检测：将处理装置中的出气阀7打开，将处理室2内的燃烧气体通过输送管14输入到工业气相色谱仪15；将燃烧气体中的氮气和氧元素去除后，检测其它元素的质量百分比，碳元素的质量百分比a=99.096%，及氢元素的质量百分比b=0.120%；
4）按照以下公式分别计算烧结固体燃料试样中碳元素质量百分含量A和氢元素的质量百分含量B：已知m1=0.962g，m2=0.164g，a=99.096%，b=0.164%，并带入以下公式计算得：
碳元素质量百分含量A=a*(m1-m2)/m1= 99.096%*(0.962-0.164)/0.962 = 82.202%，
氢元素的质量百分含量B=b*(m1-m2)/m1= 0.120%*(0.962-0.164)/0.962=0.010%；
5）计算烧结固体燃料试样的发热值Q：其按照以下公式进行计算：已知A= 82.202%，B =0.010%，则
Q=A*32.8MJ/Kg+B*142.9MJ/Kg=82.202%*32.8MJ/Kg+0.010%*142.9MJ/Kg=26.977 MJ/Kg。
经试验室测得此样的发热值Q为27.012 MJ/Kg，本发明的计算的发热值Q接近，在允许的误差范围内，说明本发明是可行的。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (3)

1.一种烧结固体燃料发热值在线快速检测方法，其步骤：
1）烧结固体燃料试样取样：从烧结燃烧配料皮带上选取4-8个取样点，并在各点取0.5~2g的试样，将所取试样混匀后并称取总重量，待用；
2）将经混匀后的烧结固体燃料试样进行缩分：将取好的烧结固体燃料试样放入缩分器缩分，缩分次数不低于1次，并要求缩分后的试样中要有一份试样的重量在1g~2g，该份烧结固体燃料试样称为缩分样；
3）对2)中所留重量在1g~2g的缩分样在处理装置中进行预处理：
A、从缩分样中称取1g±0.1g的试样，并装入处理装置的试样器皿中，后将器皿放入处理室中的电子称平台上；
B、将试样烘干：烘干温度控制在200~250℃，烘干至电子称显示的数据保持持续稳定1~2min时间，并记下电子称所显示的数据，记为m1，单位为g；
C、将经烘干的试样进行燃烧并采集气体：首先打开处理装置中的进气阀、出气阀，向处理装置的中通入空气；并继续升温，当温度升至500℃时关闭进气阀和出气阀；继续进行加热使温度升至不低于700℃，致使试样完全燃烧为灰烬；待灰烬在电子称显示的数据保持持续稳定1~2min时间，并记下电子称所显示的数据，记为m2，单位为g；燃烧完后处理室的气体待引入工业气相色谱仪进行分析；
D、采用工业气相色谱仪燃烧气体中含有的碳及氢元素进行检测：将处理装置中的出气阀打开，将处理室的燃烧气体通过输送管输入到工业气相色谱仪；将燃烧气体中的氮气和氧元素去除后，检测其它元素的质量百分比，并记下碳元素的质量百分比a，及氢元素的质量百分比b；
4）按照以下公式分别计算烧结固体燃料试样中碳元素质量百分含量A和氢元素的质量百分含量B：
碳元素质量百分含量A=a*(m1-m2)/m1，
氢元素的质量百分含量B=b*(m1-m2)/m1；
5）计算烧结固体燃料试样的发热值Q：其按照以下公式进行计算：
Q=A*32.8MJ/Kg+B*142.9MJ/Kg；
式中：Q的单位为MJ/Kg；
在本式的计算中，将碳元素质量百分含量A和氢元素的质量百分含量B换成小数进行计算。
2.用于如权利要求1所述的一种烧结固体燃料发热值在线快速检测方法的处理装置，其特征在于：所述处理装置主要由底座、置于底座上的处理室、放置于处理室的电子秤、与处理室下部连接的进气管、进气管上安装的进气阀、与处理室上部连接的出气管、出气管上安装的出气阀、处理室壁内设有的加热器、作用于处理室顶部的升降式压杆、与升降式压杆连接的液压缸、固定液压缸的L形支撑架、与液压缸和电子秤连接的PLC控制器组成，L形支撑架并与底座连接。
3.如权利要求2所述的用于一种烧结固体燃料发热值在线快速检测方法的处理装置，其特征在于：在底座的设置处理室处设有放置槽，处理室的下端置于放置槽内。
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