CN211528126U - 高温粘度仪 - Google Patents

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吴治国
王树青
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Abstract

本实用新型涉及煤灰粘度测试领域,公开了一种高温粘度仪,包括:高温炉、保护套管、坩埚、坩埚支架、电热偶、进料单元、粘度计、连接杆、转子、样品监测单元、加热控制仪和控制用计算机。所述高温粘度仪能实现对煤灰样品的自动进料、预处理和粘度测试在同一装置中进行,保证了煤灰样品从熔化到测定的一致性。

Description

高温粘度仪
技术领域
本实用新型涉及煤灰粘度测试领域,具体涉及一种高温粘度仪。
背景技术
煤灰的高温粘度是反映煤灰在气化炉中在重力和气流剪切携带作用线沿炉壁向下流动形态的重要参数,其对气流床气化炉安全、稳定运行的影响至关重要,同时也是煤种选择的重要参考指标。
目前,较为成熟的高温煤灰的粘度测试方法为旋转法,即通过转子置入加热至熔融的液态煤灰来测定粘度。然而,现有的测定手段的样品预处理过程复杂,测试样品为预先熔融的灰渣。其中,样品煤首先燃烧为煤灰后,需将煤灰置入坩埚进行高温熔化,从冷却后的坩埚取出灰渣即为待测定粘度的样品。
可见,由煤灰熔化至灰渣的预先熔化过程会导致样品的前期准备步骤熔渣,耗时较长。另外,熔化步骤也存在以下问题:预先熔融的灰渣冷却后会与坩埚相连,而可取出的部分灰渣与原煤灰的成分存在一定差异。所以,该方法不仅步骤复杂、耗时较长,也会导致实验误差。
综上,开发一种步骤简单、耗时短,不需预先熔融灰渣的快速煤灰粘度测定设备尤为重要。
实用新型内容
针对现有煤灰的高温粘度测试方法存在的步骤复杂、耗时长和实验误差大等问题,本实用新型的目的在于提供一种高温粘度仪。所述高温粘度仪能实现对煤灰样品的自动进料、预处理和粘度测试在同一装置中进行,降低实验误差。
为了实现上述目的,本实用新型提供了一种高温粘度仪,包括:高温炉、保护套管、坩埚、坩埚支架、电热偶、进料单元、粘度计、连接杆、转子、样品监测单元、加热控制仪和控制用计算机;其中,
所述高温炉的炉壁内侧设有保温层,所述保护套管竖直设在所述高温炉内,保温层与保护套管之间设有加热元件;所述坩埚用于放置样品,并通过所述坩埚支架悬挂在所述保护套管内的下方;
所述保护套管包括顶盖,所述顶盖通过法兰与所述粘度计连接,所述连接杆的一端固定在所述粘度计上,另一端连接有所述转子并穿过所述法兰且伸入所述保护套管内,用于测试坩埚内样品的粘度;
所述进料单元包括样品锁斗、气源、进料管、三通管件和出气管,所述样品锁斗设有样品入口管、气体入口管和样品出口管,所述样品入口管设有入口物料阀;所述气源的出口通过所述三通管件分别与进料管的入口、样品锁斗的所述气体入口管连接;按照气体流动方向,所述进料管上依次设有气阀和出口物料阀,所述样品锁斗的样品出口管与所述进料管连接,连接处位于所述气阀和所述出口物料阀之间;
所述进料管水平穿入所述顶盖并竖直伸入保护套管内,可将样品锁斗中的样品送至坩埚内;所述出气管的一端竖直伸入保护套管内,另一端水平穿过所述顶盖并伸出,且其伸出部分设有出气阀;
所述气源包括保护气气源和反应气气源;
所述加热控制仪用于控制高温炉的温度,所述电热偶的一端与所述加热控制仪连接,另一端穿过所述法兰伸入所述保护套管内,用于测试套管内的温度;
所述样品监测单元包括相机,用于监测所述坩埚中的样品;
所述控制用计算机分别与所述加热控制仪、粘度计和样品监测单元连接,并可控制上述各阀门的开度。
优选地,所述电热偶为铂铑热电偶。
优选地,所述保温层耐火砖铺设形成。
优选地,所述加热元件为U型硅钼棒。
优选地,所述保护套管、连接杆和转子为刚玉材料。
优选地,所述粘度计的量程为0.1-1000Pa·s。
优选地,所述相机为CCD相机,所述样品监测单元还包括红外滤光片和照明灯,所述CCD相机、照明灯的控制电路分别与所述控制用计算机连接;所述红外滤光片安装在所述CCD相机的镜头前,用于高温下的样品监测,所述照明灯作为光源用于低温下的进料监测。
优选地,所述法兰上设有相机用通孔,所述相机的镜头位于所述通孔上。
优选地,所述进料管伸入到保护套管内的长度大于所述出气管伸入到保护套管内的长度。
采用所述高温粘度仪进行煤灰高温粘度的操作方法可以包括:
(1)开启所述保护气气源、气阀和入口物料阀,关闭出口物料阀,利用保护气吹扫样品锁斗;
(2)关闭入口物料阀,开启出口物料阀和出气阀,利用保护气吹扫保护套管;
(3)开启控制用计算机和样品监测系统,开启反应气气源,加热高温炉;
(4)关闭气阀,打开入口物料阀,向坩埚中输送煤灰样品,使煤灰在高温炉的作用下加热熔化,得到熔渣;
(5)通过调节出口物料阀的开度,调节进料速度;通过所述样品监测单元观察熔渣液位,避免熔渣溢出坩埚;
(6)关闭入口物料阀,开启气阀,利用反应气冷却熔渣;
(7)待坩埚的温度降至粘度测试温度,开启粘度计进行粘度测定。
本实用新型的高温粘度仪用于煤灰粘度的测试,能够实现对煤灰的自动进料以及高温粘度测定。与现有的粘度测试装置相比,所述高温粘度仪能够实现一次进料测定,无需先用另外的高温加热炉进行煤灰熔化,保证了煤灰样品从熔化到测定的一致性,且煤灰不会在实验中溢出坩埚。因此,本实用新型的高温粘度仪能够实现对煤灰粘度的快速、准确测定。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的高温粘度计。
附图标记说明
1:控制用计算机 2:加热控制仪 3:粘度计
4:相机 5:热电偶 6:入口物料阀
7:样品锁斗 8:气源 9:气阀
10:出口物料阀 11:进料管 12:加热元件
13:连接杆 14:转子 15:坩埚
17:保温层 18:高温炉 19:三通管件
20:保护套管 21:坩埚支架 22:出气阀
23:出气管
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本实用新型提供了一种高温粘度仪,如图1所示,包括:高温炉18、保护套管20、坩埚15、坩埚支架21、电热偶5、进料单元、粘度计3、连接杆 13、转子14、样品监测单元、加热控制仪2和控制用计算机1。
所述高温炉18的炉壁内侧设有保温层17,所述保护套管20竖直设在所述高温炉18内,保温层17与保护套管20之间设有加热元件12。所述坩埚 15用于放置样品,并通过所述坩埚支架21悬挂在所述保护套管20内的下方。
所述保护套管20包括顶盖,所述顶盖通过法兰与所述粘度计3连接,所述连接杆13的一端固定在粘度计3上,另一端连接有所述转子14并穿过所述法兰且伸入保护套管20内,用于测试坩埚15内样品的粘度。
所述进料单元包括样品锁斗7、气源8、进料管11、三通管件19和出气管23。其中,所述样品锁斗7设有样品入口管、气体入口管和样品出口管,所述样品入口管上设有入口物料阀6;所述气源8的出口通过所述三通管件 19分别与进料管11的入口、样品锁斗7的所述气体入口管连接。按照气体流动方向,所述进料管11上依次设有气阀9和出口物料阀10,所述样品锁斗7的样品出口管与所述进料管11连接,连接处位于气阀9和出口物料阀 10之间。
所述进料管11水平穿入所述顶盖并竖直伸入保护套管20内,可将样品锁斗7中的样品送至坩埚15内;所述出气管23的一端竖直伸入保护套管20 内,另一端水平穿过所述顶盖并伸出,且其伸出部分设有出气阀22。
所述气源8包括保护气气源和反应气气源。
所述加热控制仪2用于控制高温炉18的温度,所述电热偶5的一端与加热控制仪2连接,另一端穿过所述法兰伸入保护套管20内,用于测试套管内的温度。
所述样品监测单元包括相机4,用于监测所述坩埚15中的样品。
所述控制用计算机1分别与所述加热控制仪2、粘度计3和样品监测单元连接,并且可控制各阀门(即,入口物料阀6、气阀9、出口物料阀10、出气阀22)的开度。所述控制用计算机通过分别与所述加热控制仪、粘度计和样品监测单元连接,可实现对所述保温炉的炉膛内的温度,粘度计的启动、连接杆转速的控制,并能同时记录粘度测定数值,显示样品成像。
本实用新型中,描述进料管11、出气管23、保护套管20的方位术语“水平”、“竖直”是以保护套管20的顶盖盖面为基准,例如,可将平行于盖面的方向称为“水平”,垂直于盖面的方向称为“竖直”。
本实用新型中,所述高温炉18内的保温层17通常由耐火砖铺设形成。
本实用新型中,所述高温炉18通过其中设有的加热元件12提供热量,以对放置在坩埚15中的煤灰进行加热熔化,使其转化为熔渣。优选地,所述加热元件为U型硅钼棒。
本实用新型中,所述保护套管20、连接杆13和转子14在粘度测试时会经受高温。为了进一步提高耐高温性能,优选地,所述保护套管20、连接杆 13和转子14均为刚玉。
本实用新型中,所述进料管11、出气管23的至少伸入所述保护套环20 的部分优选为刚玉,未伸入部分可以是刚玉,也可以是不锈钢。
优选地,所述进料管11伸入到保护套管20内的长度大于所述出气管23 伸入到保护套管20内的长度。
本实用新型中,所述粘度计3可以选自旋转法测试粘度中的常规设备。优选地,所述粘度计3的量程为0.1-1000Pa·s。
本实用新型中,所述加热控制仪2可以包括控温器和变压器,变压器可提供加热时所需的电压。
本实用新型中,所述样品监测单元包括相机4,用于监测位于所述坩埚 15中的样品。
优选地,所述相机4为CCD相机,所述样品监测单元还包括红外滤光片和照明灯,所述CCD相机、照明灯的控制电路分别与所述控制用计算机 1连接,所述红外滤光片安装在所述CCD相机的镜头前,用于高温下的样品监测,所述照明灯用于低温下的进料监测。
优选地,所述法兰上设有相机用通孔,所述相机4的镜头位于所述通孔上。
本实用新型的高温粘度仪能够测试煤灰粘度,操作方法可以包括:
(1)开启所述保护气气源、气阀9和入口物料阀6,关闭出口物料阀 10,利用保护气吹扫样品锁斗7;
(2)关闭入口物料阀6,开启出口物料阀10和出气阀22,利用保护气吹扫保护套管20;
(3)开启控制用计算机1和样品监测系统,开启反应气气源,加热高温炉18;
(4)关闭气阀9,开启入口物料阀6,向坩埚15中输送煤灰样品,使煤灰在高温炉18的作用下加热熔化,得到熔渣;
(5)通过调节出口物料阀10的开度,调节进料速度;通过所述样品监测单元观察熔渣液位,避免熔渣溢出坩埚15;
(6)关闭入口物料阀6,开启气阀9,利用反应气冷却熔渣;
(7)待坩埚15的温度降至粘度测试温度,开启粘度计3进行粘度测定。
(8)关闭反应气气源,并开启保护气气源,利用保护气对高温炉18降温;
(9)待高温炉降至室温,关闭保护气气源。
所述煤灰可以是任何需要测试高温粘度的煤灰,例如为褐煤、烟煤、无烟煤。所述煤灰样品的颗粒平均直径(D50)可以为0.1-10mm。
所述保护气可以选自二氧化碳、氩气和氮气中的至少一种。所述反应气可以选自氧气、空气、氢气和一氧化碳中的至少一种。
所述高温炉15的加热温度可根据煤灰的灰熔点确定,通常可以为 1000-1700℃。通过反应气将熔渣冷却至粘度测试温度。用于冷却熔渣的反应气优选以30-100mL/min的速度通入保护套管中,可进一步避免煤灰受热溢出。所述粘度测试温度通常比加热温度低20-100℃。
本实用新型的高温粘度仪能实现煤灰在不同气氛下的快速。
以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。
实施例
结合图1所示的高温粘度仪对煤灰进行高温粘度测试。除非另有说明,对图1的描述以及高温粘度仪的操作如上文所述。
(一)高温粘度仪
粘度计3的量程为0.1-1000Pa·s。
样品锁斗7的样品入口管和样品出口管分别设在锁斗的顶部和底部。
样品监测单元包括CCD相机、红外滤光片和照明灯,利用照明灯观察进料时的样品,红外滤光片观察加热熔融的样品。
高温炉18的加热元件12为U型硅钼棒,炉壁内铺设耐火砖。
保护套管20、坩埚15、坩埚支架21、连接杆13、转子14和进料管11 均为刚玉材料,样品锁斗7为不锈钢材料。
(二)测试高温粘度
样品为烟煤煤灰,灰熔点为1250℃,样品D50=0.5mm。保护气为氮气,反应气为一氧化碳。
S1:利用氮气依次吹扫样品锁斗7和保护套管20;
S2:通入一氧化碳,将高温炉18加热至1600℃;在一氧化碳气氛中,向坩埚15中连续输送烟煤煤灰,使煤灰在1600℃加热熔化;
S3:经样品监测单元观察熔渣液位,当熔渣达到坩埚容积的70%时,利用一氧化碳以60mL/min快速冷却熔渣至1550℃,再开启粘度计3测定粘度。
S4:利用氮气对高温炉18降温至室温。
本实施例中,褐煤煤灰未出现受热溢出现象,计算机显示,煤灰粘度测试过程中,在1330℃下的粘度为25Pa·s。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式,但是,本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内,可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容,均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种高温粘度仪,其特征在于,包括:高温炉(18)、保护套管(20)、坩埚(15)、坩埚支架(21)、电热偶(5)、进料单元、粘度计(3)、连接杆(13)、转子(14)、样品监测单元、加热控制仪(2)和控制用计算机(1);其中,
所述高温炉(18)的炉壁内侧设有保温层(17),所述保护套管(20)竖直设在所述高温炉(18)内,保温层(17)与保护套管(20)之间设有加热元件(12);所述坩埚(15)用于放置样品,并通过所述坩埚支架(21)悬挂在所述保护套管(20)内的下方;
所述保护套管(20)包括顶盖,所述顶盖通过法兰与所述粘度计(3)连接,所述连接杆(13)的一端固定在粘度计(3)上,另一端连接有所述转子(14)并穿过所述法兰且伸入保护套管(20)内,用于测试坩埚(15)内样品的粘度;
所述进料单元包括样品锁斗(7)、气源(8)、进料管(11)、三通管件(19)和出气管(23),所述样品锁斗(7)设有样品入口管、气体入口管和样品出口管,所述样品入口管设有入口物料阀(6);所述气源(8)的出口通过所述三通管件(19)分别与进料管(11)的入口、样品锁斗(7)的所述气体入口管连接;按照气体流动方向,所述进料管(11)上依次设有气阀(9)和出口物料阀(10),所述样品锁斗(7)的样品出口管与进料管(11)连接,连接处位于所述气阀(9)和所述出口物料阀(10)之间;
所述进料管(11)水平穿入所述顶盖并竖直伸入保护套管(20)内,可将样品锁斗(7)中的样品送至坩埚(15)内;所述出气管(23)的一端竖直伸入保护套管(20)内,另一端水平穿过所述顶盖并伸出,且其伸出部分设有出气阀(22);
所述气源(8)包括保护气气源和反应气气源;
所述加热控制仪(2)用于控制高温炉(18)的温度,所述电热偶(5) 的一端与加热控制仪(2)连接,另一端穿过所述法兰伸入保护套管(20)内,用于测试套管内的温度;
所述样品监测单元包括相机(4),用于监测所述坩埚(15)中的样品;
所述控制用计算机(1)分别与所述加热控制仪(2)、粘度计(3)和样品监测单元连接,并可控制各阀门的开度。
2.根据权利要求1所述的高温粘度仪,其特征在于,所述电热偶(5)为铂铑热电偶。
3.根据权利要求1所述的高温粘度仪,其特征在于,所述保温层(17)由耐火砖铺设形成。
4.根据权利要求1所述的高温粘度仪,其特征在于,所述加热元件(12)为U型硅钼棒。
5.根据权利要求1所述的高温粘度仪,其特征在于,所述保护套管(20)、连接杆(13)和转子(14)为刚玉材料。
6.根据权利要求1所述的高温粘度仪,其特征在于,所述粘度计(3)的量程为0.1-1000Pa·s。
7.根据权利要求1所述的高温粘度仪,其特征在于,所述相机(4)为CCD相机,所述样品监测单元还包括红外滤光片和照明灯,所述CCD相机、照明灯的控制电路分别与所述控制用计算机(1)连接;所述红外滤光片安装在所述CCD相机的镜头前,用于高温下的样品监测,所述照明灯作为光源用于低温下的进料监测。
8.根据权利要求1或7所述的高温粘度仪,其特征在于,所述法兰上设有相机用通孔,所述相机(4)的镜头位于所述通孔上。
9.根据权利要求1所述的高温粘度仪,其特征在于,所述进料管(11)伸入到保护套管(20)内的长度大于所述出气管(23)伸入到保护套管(20)内的长度。
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