CN106442927B - 一种过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验***及方法 - Google Patents
一种过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验***及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验***及方法，该***包括炼焦箱，所述炼焦箱置于焦炉中，焦炉内设置有摄像头，摄像头朝向炼焦箱设置，炼焦箱面向摄像头的一面为透明材质，摄像头与位于焦炉外的图像采集处理端无线通信连接；所述焦炉顶部设置有烟囱，烟囱通过管路连接有冷凝器，冷凝器的底部与储存罐连接，冷凝器的顶部通过管路依次连接有湿式流量计和气体收集袋；所述冷凝器与储存罐之间的连接管路上连接有高效液相色谱检测器，冷凝器与湿式流量计之间的连接管路上连接有煤气在线检测设备。本发明可以直接形象客观的观测由煤变焦整个过程，并可快速的获得其各种宏观变化参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤炭加工与洁净工艺及***，特别是一种可视化的低阶煤配入炼焦工艺及***。
背景技术
煤炭资源一直是我国重要的发展资源，在我国经济建设和民生改善过程中发挥着重要的基础性作用。我国是一个煤炭资源大国，同时也是煤炭消耗大国。煤炭资源的利用，为我国经济发展提供了重要的能源支撑，而炼焦在中国煤炭经济中占重要地位。因此炼焦过程及机理的研究必不可少，其对实现煤炭资源利用效益最大化和绿色环保具有重要的意义。
现阶段国外对炼焦过程的研究多为炼焦结束或中止后再进行的采样检测，多表现在微观的自由基、微晶参数及孔结构方面，比如采用XRD技术和能谱等表征手段可观察到煤样的煤岩组分，矿物组成、元素组成、杂质赋存形貌等；扫描电镜技术的发展为宏观上观察煤焦表面形貌提供了有力的工具；对焦炭在炭化室中随着时间和温度的变化发生了怎样的形态变化，发生了哪些化学或物理反应，变化阶段如何等鲜有研究。现也有可以观测到直接观测煤成焦过程获得煤膨胀过程压的焦炉，但还没有将煤炭炼焦整个过程的焦炭变化形态与微观的数据分析相结合起来的实验***与装置。摄像头是一种利用光电技术采集影像的数字视频输入设备。配合电脑处理，可以把外界的动态影像输入并保存到电脑上，还可以通过投影设备把影像投射到屏幕上，通过无线接受，可将焦炉内部的影像信息进行传输。
利用摄像头可以将炼焦过程中的宏观形貌清晰地展现出来，与检测***结合，可以直接观测到原煤中微观组分在炼焦过程变迁行为所导致的宏观形貌变化；利用图像处理技术，获得煤炭炼焦过程的体积变化曲线，膨胀压力变化曲线等数据；还可以直接分析观察炼焦过程中焦油的界面反应，胶质体的相态变化等现象；可为炼焦过程的机理研究提供一种简单的试验方法，对实现煤炭资源利用效益最大化也具有重大的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验***及方法，能够直接形象客观的观测由煤变焦整个过程，并快速的将各种宏观形貌变化参数与微观的组分改变相结合对应起来。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验***，包括炼焦箱，所述炼焦箱置于焦炉中，焦炉内设置有摄像头，摄像头朝向炼焦箱设置，炼焦箱面向摄像头的一面为透明壁，摄像头与位于焦炉外的图像采集处理端无线通信连接；所述焦炉顶部设置有烟囱，烟囱通过管路连接有冷凝器，冷凝器的底部与储存罐连接，冷凝器的顶部通过管路依次连接有湿式流量计和气体收集袋；所述冷凝器与储存罐之间的连接管路上连接有高效液相色谱检测器，冷凝器与湿式流量计之间的连接管路上连接有煤气在线检测设备。
所述炼焦箱由钢铁制成，其透明壁为耐高温、耐腐蚀的钢化玻璃。
所述炼焦箱的底部装有耐高温、耐腐蚀的压力检测仪。
所述炼焦箱的顶面开设有一个烟囱连接孔和两个温度计插孔；所述焦炉的顶面开设有两个温度计安装孔，两个温度计安装孔分别与炼焦箱上的两个温度计插孔相对应，且两个温度计安装孔上分别安装有一个温度计，烟囱连接孔与焦炉顶部的烟囱相连接。
所述炼焦箱的底面安装有万向轮。
所述焦炉的前后分别设有焦炉前门和焦炉后门，焦炉前门和焦炉后门外侧均安装有把手，摄像头安装在焦炉后门内侧。
一种过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验方法，步骤如下：
步骤A，将相关煤种按照配煤方案分别经过破碎机破碎至3mm以下规定的粒度，经过配合并混合均匀后得到煤样，将煤样送至炼焦箱；
步骤B，将炼焦箱装入焦炉，炼焦箱的透明面朝向摄像头，烟囱连接孔跟炼焦炉烟囱相连接，两个温度计插孔与焦炉的两个温度计安装孔相对应；
步骤C，利用摄像头对炼焦过程的现象进行全局或局部的观察，通过图像采集处理端无线连接摄像头获得全景影像或局部特写影像，通过图像处理软件，快速获得焦块的特征参数；
步骤D，利用煤气在线检测设备对粗煤气进行采样，分析炼焦过程中气体成分的变化，利用高效液相色谱检测器对液体进行采样分析，分析焦油组分变化；
步骤E，对粗煤气进行泠凝处理，回收部分产品；
步骤F，熄焦处理后得焦炭。
步骤C中，所述的焦块的特征参数包括膨胀及收缩大小、体积变化、形状。
步骤D中，分析炼焦过程中CO2、CO及烃类气体的成分变化。
有益效果：本发明提供的***，在摄像头的协助下，可以直接形象客观的观测由煤变焦整个过程，并可快速的获得其各种宏观变化参数。粗煤气的冷却分离配合检测***的使用，符合洁净煤技术的发展要求，绿色环保，以且此工艺较为简单，工艺条件容易实现，实验生产过程安全，具有良好的应用前景。具体为：
1.采用的可视检测***可以观察到实验过程中的化合反应，煤膨胀收缩体积改变、压力变化等肉眼可见反应现象，结合气相和液相的在线数据分析，能够很好地将宏观形貌改变与微观的组分变化相联系结合，并一一相对应起来，为各种反应过程现象的解释提供更加可靠的理论依据。为配煤炼焦，炼焦过程升温速率变化等焦化条件的参数变化的探讨提供了一种简便的研究方法，使得炼焦过程形象可视，对各种反应现象的理论探讨更加的方便快捷，从而得到更好的焦炭。
煤受热产生的胶质体及性质决定了半焦粘结性的好坏，液相是形成胶质体的基础，故对其形成、膨胀、缩聚、固化等过程的观察具有重要的意义。
随着炼焦过程的进行，产生的反应不同，煤炭相貌变化很大，烟气的产生量也在不断地变化，通过对所采集图形的处理可以获得不同升温阶段的膨胀体积、压力的变化曲线图，通过分析检测仪器可以获得各组分的变化曲线。综合各种数据图像，可以更好的对温度进行控制，也可以对所得焦炭的质量做出初步判断，简化最佳炼焦参数研究的步骤。
钢铁炼焦箱的使用，使得实验前后的物质称量更加精准，也方便了配合粉煤的装炉和出焦，保持焦炉内部的洁净。其底部的万向轮方便推入焦炉及位置的调整。
将分析装置对气体液体的在线分析，经过数据处理可直接获得微观组分的变化图像，与结合可视化图像相结合，使得微观结构与宏观现象一一相对应，为各种反应现象的解释提供理论依据。
粗煤气的冷却分离采用冷水循环冷凝设备，对气、液体进行收集，具有环保意义。
附图说明
图1为本发明的***的结构示意图；
图2为炼焦箱和焦炉的结构示意图；
图中，1-煤样；2-炼焦箱；3-焦炉；4-透明壁；5-烟囱；6-温度计；7-摄像头；8-冷凝器；9-储存罐；10-湿式流量计；11-气体收集袋；12-煤气在线检测设备；13-高效液相色谱检测器；14-图像采集处理端；15-烟囱连接孔；16-万向轮；17-焦炉前门；18-焦炉后门；19-把手，20-压力检测仪。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验***，包括炼焦箱2，炼焦箱2用于放置煤样1，所述炼焦箱2置于焦炉3中，焦炉3内设置有摄像头7，摄像头7朝向炼焦箱2设置，炼焦箱2面向摄像头7的一面为透明壁4，摄像头7与位于焦炉3外的图像采集处理端14无线通信连接；所述焦炉3顶部设置有烟囱5，烟囱5通过管路连接有冷凝器8，冷凝器8的底部与储存罐9连接，冷凝器8的顶部通过管路依次连接有湿式流量计10和气体收集袋11；所述冷凝器8与储存罐9之间的连接管路上连接有高效液相色谱检测器13，冷凝器8与湿式流量计10之间的连接管路上连接有煤气在线检测设备12。
炼焦箱2由钢铁制成，其透明壁4为耐高温、耐腐蚀钢化玻璃；炼焦箱2的底部装有耐高温、耐腐蚀的压力检测仪20。
如图2所示，炼焦箱2的顶面开设有一个烟囱连接孔15和两个温度计插孔；所述焦炉3的顶面开设有两个温度计安装孔，两个温度计安装孔分别与炼焦箱2上的两个温度计插孔相对应，且两个温度计安装孔上分别安装有一个温度计6，烟囱连接孔15与焦炉3顶部的烟囱5相连接。
炼焦箱2的底面安装有万向轮16。
焦炉3的前后分别设有焦炉前门17和焦炉后门18，焦炉前门17和焦炉后门18外侧均安装有把手19，摄像头7安装在焦炉后门18内侧。
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例
炼焦过程如下：
（1）将气煤、弱粘煤、焦煤、肥煤等按照合理的配煤方案进行配比，并按照变质程度粉碎到相关的粒度，约0.07~3mm左右，混合均匀装进炼焦箱，称量，装入焦炉。
（2）打开摄像头，图像采集处理端，煤气在线检测设备，高效液相色谱检测器，冷凝器；打开焦炉的电箱，控制开关程序升温至目标温度，在200~450℃阶段升温速率设定为3℃/min，450~650℃升温速率设定为2.5℃/min，其余阶段为4℃/min。
（3）升温过程中通过图像采集处理端及相关的软件识别分析获得煤块膨胀体积变化曲线，膨胀压力变化曲线；再通过煤气在线检测设备和高效液相色谱检测器获取各组分的变化曲线。
（4）冷凝器中的水直接排放，煤气可用气体收集袋收集。
根据本发明采用摄像头及图像采集处理端可以重现炼焦过程行为特性，使过程可视化，从而可以形象直观的观测到煤成焦过程的体积变化，膨胀压力变化以及各种反应的现象，可以提高对煤在加热成焦过程中其膨胀特性及煤焦形态变化的认识。
通过本发明的过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验***和方法能够很好的检测煤在不同温度和不同加热速度条件下的热解和脱气过程，膨胀行为及膨胀特性，将宏观形貌改变与微观的组分变化相联系结合，从而为炼焦过程中煤的使用提供指导，同时也为解析炭化室结焦过程提供了一种新的方法。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验***，其特征在于：包括炼焦箱（2），所述炼焦箱（2）置于焦炉（3）中，焦炉（3）内设置有摄像头（7），摄像头（7）朝向炼焦箱（2）设置，炼焦箱（2）面向摄像头（7）的一面为透明壁（4），摄像头（7）与位于焦炉（3）外的图像采集处理端（14）无线通信连接；所述焦炉（3）顶部设置有烟囱（5），烟囱（5）通过管路连接有冷凝器（8），冷凝器（8）的底部与储存罐（9）连接，冷凝器（8）的顶部通过管路依次连接有湿式流量计（10）和气体收集袋（11）；所述冷凝器（8）与储存罐（9）之间的连接管路上连接有高效液相色谱检测器（13），冷凝器（8）与湿式流量计（10）之间的连接管路上连接有煤气在线检测设备（12）；
所述炼焦箱（2）的顶面开设有一个烟囱连接孔（15）和两个温度计插孔；所述焦炉（3）的顶面开设有两个温度计安装孔，两个温度计安装孔分别与炼焦箱（2）上的两个温度计插孔相对应，且两个温度计安装孔上分别安装有一个温度计（6），烟囱连接孔（15）与焦炉（3）顶部的烟囱（5）相连接；
所述焦炉（3）的前后分别设有焦炉前门（17）和焦炉后门（18），焦炉前门（17）和焦炉后门（18）外侧均安装有把手（19），摄像头（7）安装在焦炉后门（18）内侧。
2.根据权利要求1所述的过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验***，其特征在于：所述炼焦箱（2）由钢铁制成，其透明壁（4）为耐高温、耐腐蚀的钢化玻璃。
3.根据权利要求1所述的过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验***，其特征在于：所述炼焦箱（2）的底部装有耐高温、耐腐蚀的压力检测仪（20）。
4.根据权利要求1所述的过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验***，其特征在于：所述炼焦箱（2）的底面安装有万向轮（16）。
5.一种利用权利要求1所述实验***的过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验方法，其特征在于：步骤如下：
步骤A，将相关煤种按照配煤方案分别经过破碎机破碎至3mm以下规定的粒度，经过配合并混合均匀后得到煤样，将煤样送至炼焦箱；
步骤B，将炼焦箱装入焦炉，炼焦箱的透明面朝向摄像头，烟囱连接孔跟焦炉烟囱相连接，两个温度计插孔与焦炉的两个温度计安装孔相对应；
步骤C，利用摄像头对炼焦过程的现象进行全局或局部的观察，通过图像采集处理端无线连接摄像头获得全景影像或局部特写影像，通过图像处理软件，快速获得焦块的特征参数；
步骤D，利用煤气在线检测设备对粗煤气进行采样，分析炼焦过程中气体成分的变化，利用高效液相色谱检测器对液体进行采样分析，分析焦油组分变化；
步骤E，对粗煤气进行泠凝处理，回收部分产品；
步骤F，熄焦处理后得焦炭。
6.根据权利要求5所述的过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验方法，其特征在于：步骤C中，所述的焦块的特征参数包括膨胀及收缩大小、体积变化、形状。
7.根据权利要求5所述的过程可视、产物在线监测的煤炭高温热解实验方法，其特征在于：步骤D中，分析炼焦过程中CO2、CO及烃类气体的成分变化。
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- 2016-08-22 CN CN201610705882.0A patent/CN106442927B/zh active Active
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