CN1595129A - 一种模拟煤炭自燃过程的绝热测试方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种模拟煤炭自燃过程的绝热测试方法及其装置，在气浴温度控制箱内设置一用作煤低温氧化反应器的绝热煤样罐，使进入煤样罐内的气体先通过盘绕在气浴温度控制箱内铜质导气管进行预热，在煤样低温氧化过程中气浴温度控制箱内的环境温度始终跟踪绝热煤样罐内煤样温度的变化而变化；采用由气瓶，减压阀，稳压稳流阀，气体流量控制器和导气管组成的预热气路装置、气浴温度控制箱和设在温度控制箱内的绝热煤样罐、温度控制系统，使煤样低温氧化过程产生的热量不散失而保存在煤样内，煤样仅仅因为自身氧化产生的热量而使煤样温度上升，以此来模拟煤炭自燃过程，研究煤炭自燃特性，对煤自燃倾向性进行测试和分类。
Description
一、技术领域
本发明一种模拟煤炭自燃过程的绝热测试方法及其装置，尤其适用于对煤炭自燃过程进行模拟，研究煤炭自燃特性，对煤自燃倾向性进行测试和分类。
二、背景技术
煤炭自燃是煤矿矿井和煤炭储运过程的重大灾害之一。对煤炭自燃过程及其特性的研究，特别是对煤的自燃倾向性的测试与分类是防治煤炭自燃的一项重要基础工作。目前我国煤炭行业在煤炭自燃倾向性测试手段方面，主要采用色谱动态吸氧方法来确定煤的自燃倾向性，该方法是根据煤在30℃时对氧气的物理吸附能力来确定煤的自燃倾向性大小，即根据吸氧量来确定煤的自燃倾向性强弱，这是一种间接的测定方法，不能反映出煤炭自燃的化学特性和过程特征。由于煤在低温氧化过程中放出的热量非常微小，因此在实验室开展煤炭自燃氧化升温特性的直接实验比较困难，特别是在小煤样的实验条件下。为测定煤的自燃特性，一般采用较大煤样的实验装置，该装置由一个内壁装有隔水层的大容器构成，容器上设有进出气口，在容器内部按一定方式设置多个温度传感器，以此来对煤炭自燃过程和特性进行测试，这类实验煤样量往往需要数百公斤，甚至数吨数十吨，而且测试周期长，测试一个煤样需要数十天到数个月，其测试工作量大，费用高，很难进行重复测试，推广应用较困难。
三、发明内容
鉴于已有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种模拟煤炭自燃过程的绝热测试方法及其装置，其方法简单易行，装置结构简单，体积小，测试所需煤样量小，能够在短时间内模拟煤自燃过程测试煤自燃特性，并对煤自燃倾向性进行鉴定和分类，并且具有可重复性。
本发明一种模拟煤炭自燃过程的绝热测试方法，采用预热气路装置、绝热煤样罐、气浴温度控制箱和温度传感器，将铜质导气管盘绕在气浴温度控制箱内，用绝热煤样罐对煤样与气浴环境之间进行绝热；使进入到绝热煤样罐内的空气温度与煤样的温度相近；用设在气浴温度控制箱内的由测温板、A/D转换器、单片机系统和温度控制器组合的测试系统，通过绝热煤样罐内设置的温度传感器、气浴温度控制箱内设置的环境温度传感器，将绝热煤样罐输出的煤样温度变化转换成数字信号，并在显示屏上显示气浴温度控制箱内的环境温度、跟踪绝热煤样罐中的煤样温度的变化情况。
本发明一种模拟煤炭自燃过程的绝热测试方法所采用的装置，它包括预热气路装置和与预热气路装置相连接的气量控制调节器和气浴温度控制箱，气浴温度控制箱内设有作为煤样低温氧化反应器的绝热煤样罐、温度传感器和温度控制系统。所述的预热气路装置由钢质导气管顺序连接干空气瓶、氮气瓶、和与其相连的气体流量控制器、铜质导气管构成，干空气瓶和氮气瓶上均设有减压表和稳压稳流阀，铜质导气管设在气浴温度控制箱体内。所述绝热煤样罐为双层真空绝热容器，其内设有穿过罐口密封盖的温度传感器、进气管和出气管。设在气浴温度控制箱内的温度控制系统由温度传感器，与温度传感器顺序连通的测温板、A/D转换器、单片机系统、温度控制器和电加热器构成，能够实现恒温控制和温度跟踪控制。
本发明一种模拟煤炭自燃过程的绝热测试方法及其装置，最适用于对煤炭自燃过程进行模拟，研究煤炭自燃过程内外影响因素，对煤自燃倾向性进行测试和分类。采用预热气路、气浴温度控制箱对环境温度进行控制和作为煤低温氧化反应器的绝热煤样罐的综合绝热措施对煤低温氧化过程产生的微小热量进行有效保护而使其保留在煤样中，使煤样仅仅因为自身氧化产生热量的积累而导致煤样温度不断上升，从而模拟煤自燃过程。本发明所采样的测试方法和装置，具有测试煤样量小，测试周期短，体积小，可重复性好，操作方便，具有广泛的实用性。
四、附图说明
图1是本发明系统流程框图。
图2是本发明局部剖结构示意图。
图3是本发明左视剖面示意图。
图中 1-干空气瓶 2-氮气瓶 3-减压阀 4-稳压稳流阀 5-钢质导气管 6-气体流量控制器 7-防护网 8-气浴温度控制箱 9-电风扇 10-氧气浓度监测仪 11-显示屏12-控制按钮 13-绝热煤样罐内温度传感器 14-进气管 15-固定架 16-绝热煤样罐17-电加热器 18-石棉保温层 19-铜质导气管 20-出气管 21-罐塞 22-气浴温度控制箱温度传感器
五、具体实施方式
下面将结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明一种模拟煤炭自燃过程的绝热测试方法，包括预热气路系统、绝热煤样罐16、气浴温度控制箱8和由温度传感器、测温板、A//D转换板、单片机与温度控制器组成的温度探测、控制与显示系统。预热气路的气体由干空气瓶1或者氮气瓶2通过减压阀3减压，经过稳压稳流阀4使气流流动稳定，再经过气体流量控制器5对其流量进行精确控制，并通过设盘绕在气浴温度控制箱8内的铜质导气管19进行预热后进入绝热煤样罐16，使进入到绝热煤样罐16内的空气的温度与煤样的温度相近而不带走煤样在氧化过程中产生的热量，从绝热煤样罐16出来的气体通过氧气浓度监测仪10进行氧气浓度检测，最后放空。绝热煤样罐16用作煤低温氧化反应器，使煤低温氧化过程产生的热量保存在绝热煤样罐16内。利用绝热煤样罐16内的温度传感器13、气浴温度控制箱8内的温度传感器22、测温板、A/D转换器、单片机系统和气浴温度控制器以及加热器电组成的气浴温度控制系统，使气浴温度控制箱8中的环境温度跟踪绝热煤样罐16中的煤样温度的变化而变化，既防止绝热煤样罐16中的煤样向气浴温度控制箱8中的环境散热，也防止气浴温度控制箱8中的环境向绝热煤样罐16中的煤样加热。
本发明一种模拟煤炭自燃过程的绝热测试装置，它包括预热气路装置和与预热气路装置相连接作为煤样低温氧化反应器的绝热煤样罐16、气浴温度控制箱和用于气浴环境温度控制的和温度控制系统，气浴温度控制箱8面板上设有显示屏11和控制按钮12。所述的预热气路装置由干空气瓶1、氮气瓶2、气体流量控制器6、盘绕与气浴温度控制箱8内铜质导气管19以及连接这些部件的钢质导气管5构成，干空气瓶1和氮气瓶2上均设有减压表3和稳压稳流阀4。煤低温氧化反应器为绝热煤样罐16，温度传感器13、进气管14和出气管20由密封罐口的罐盖21处进入绝热煤样罐16，绝热煤样罐16装于气浴温度控制箱中的固定架15内。绝热煤样罐后部设有电风扇9和电加热器17，电加热器17前设有防护网7。气浴温度控制箱8内的温度控制系统由温度传感器13、22、测温板、A/D转换器、单片机系统和温度控制器构成。从出气管20出来的气体进入氧气浓度检测仪10检测氧气浓度，然后将气体放空。
其具体实施方式如下：
预热气路系统实施方式：干空气或者氮气经减压表3、稳压稳流阀4、气体流量控制器6调节流量后进入盘绕在气浴温度控制箱8内的长度大于15m的铜质导气管19，铜质导气管19的另一端与进气管14相连接，进气管14通过罐塞21紧挨中心位置处进入到绝热煤样罐16底部位置处，出气管20管口位于煤样上表面与罐塞21底部之间的位置，从出气管20出来的气体经经过氧气浓度监测器10进行氧浓度检测，最后放空。
绝热煤样罐实施方式：绝热煤样罐16采用双层玻璃构造，内外表面光洁并镀银，双层内抽真空，真空度大于0.133pa，罐体为近似圆柱体，绝热煤样罐16装在固定架15内；罐塞21能耐300℃高温，并在罐塞21上开三个孔，一个位于中心位置，另外两个靠近中心位置处。中心位置孔用于插入温度传感器13，另外两孔分别插入进气管14出气管20；将煤样装入绝热煤样罐16时，在煤样上部和罐底部之间填充满疏松石棉。
气浴温度控制箱实施方式：气浴温度控制箱体8采用不锈钢内壁和外壁，内外壁之间包括箱门均衬石棉保温层18以保证良好的隔热效果；气浴温度控制箱8箱体内后部安装一电风扇9，电风扇9前布置电加热器17，在电加热器17前为保护钢丝网7，气浴温度控制箱体8内装有环境温度传感器22。
气浴温度控制系统实施方式：当设定恒温温度后，环境温度传感器22监测到气浴温度控制箱8内气体温度值，如果该温度值小于设定温度值，起动电加热器17，加热直到使气浴温度控制箱8内气体温度达到设定值并保持恒温；如果温度传感器22监测到气浴温度控制箱8内气体温度值大于设定温度值，由动电风扇9强制对流使其温度降到设定温度值，并保持恒定。当将温度控制方式设定为跟踪升温方式时，温度传感器22监测到气浴温度控制箱8内气体温度值并与绝热煤样罐内的温度传感器13监测到的温度值进行对比，如果温度传感器22监测到的温度值小于或者大于温度传感器13监测到的温度值，起动加热电阻丝7加热或者由电风扇强制对流降温使气浴温度控制箱8内环境温度尽可能接近温度传感器13所探测到的温度。
模拟煤自燃过程实验方法步骤如下：
a.将新采集煤块去掉外表面后破碎并分筛出所需粒度作为实验煤样，将煤样装入绝热煤样罐16中，连接好预热气路、温度传感器，并检测气路系统的气密性；
b.首先对绝热煤样罐16内通入氮气，并将气浴温度控制箱8内的温度恒定到实验所需起始温度；
c.当煤样温度达到实验所需的起始温度时，将氮气切换为干空气，将气浴温度控制箱8的温度控制方式由恒温控制变为跟踪控制方式，在跟踪控制时候，始终使气浴温度控制箱8内的环境温度低于绝热煤样罐16内煤样中心点温度1℃，使煤样向环境散失的热量尽可能的小，同时克服由于气浴温度控制箱内环境温度波动而向绝热煤样罐内16的煤样加热；煤样中心点温度随时间的变化通过绝热煤样罐中心位置的温度传感器13、测温板、A/D转换、单片机系统、数据采集系统和PC机进行采集、显示和存贮；
d.从绝热煤样罐的出气管20出来的气体进入氧气浓度检测仪进行氧浓度变化实时监测，并将数据采集到PC机中保存，气体排空处可以进行煤自燃标志性气体取样；
e.当煤样温度到达实验所需终止温度时，停止向绝热煤样罐供干空气后，再关掉电源，停止实验。
Claims (5)
1.一种模拟煤炭自燃过程的绝热测试方法，特征在于：采用预热气路装置、绝热煤样罐(16)、气浴温度控制箱(8)和温度传感器，将铜质导气管(19)盘绕在气浴温度控制箱(8)内，用绝热煤样罐(16)对煤样与气浴环境之间进行绝热；使进入到绝热煤样罐(16)内的空气温度与煤样的温度相近；用设在气浴温度控制箱(8)内的由测温板、A/D转换器、单片机系统和温度控制器组合的测试系统，通过绝热煤样罐(16)内设置的温度传感器(13)、气浴温度控制箱(8)内设置的环境温度传感器(22)，将绝热煤样罐(16)输出的煤样温度变化转换成数字信号，并在显示屏(11)上显示气浴温度控制箱(8)内的环境温度、跟踪绝热煤样罐(16)中的煤样温度的变化情况。
2.根据权利要求1所述的一种煤炭自燃特性绝热测试方法所采用的装置，其特征在于：它包括预热气路装置和与预热气路装置相连接的气量控制调节器(10)和气浴温度控制箱(8)，气浴温度控制箱(8)内设有作为煤样低温氧化反应器的绝热煤样罐(16)、温度传感器(22)和温度控制系统。
3.根据权利要求2所述的绝热煤炭自燃特性测试装置，其特征在于：所述的预热气路装置由钢质导气管(5)顺序连接干空气瓶(1)、氮气瓶(2)、和与其相连的气体流量控制器(6)、铜质导气管(19)构成，干空气瓶(1)和氮气瓶(2)上均设有减压表(3)和稳压稳流阀(4)，铜质导气管(19)设在气浴温度控制箱体(8)内。
4.根据权利要求2所述的绝热煤炭自燃特性测试装置，其特征在于：所述绝热煤样罐(16)为双层真空绝热容器，其内设有穿过罐口密封盖(21)的温度传感器(13)、进气管(14)和出气管(20)。
5.根据权利要求2所述的绝热煤炭自燃特性测试装置，其特征在于：设在气浴温度控制箱(8)内的温度控制系统由温度传感器(22)，与温度传感器(22)顺序连通的测温板、A/D转换器、单片机系统、温度控制器和电加热器(17)构成。
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