[发明专利]测量块煤热爆裂性及膨胀和收缩性能的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量块煤热爆裂性及膨胀和收缩性能的装置及方法，具体涉及一种利用照相机采集块煤在加热条件下的图像从而间接测量块煤膨胀和收缩性能的装置和方法。

背景技术

我国拥有丰富的煤资源，在能源的利用过程中，对煤的依赖性比重较大。对于煤的加工和利用，煤工作者们开展了很多方面的工作。煤在工业领域的利用途径主要在三个方面，利用煤进行气化得到合成气(CN1721511A，CN86105896)用来制备甲醇或者用来作为还原气；利用煤进行高温干馏生产焦炭(CN1171807A，CN1465656A)用于高炉炼铁生产；由于石油资源的缺乏，利用煤直接液化制备油(CN1676572A)代替石油也受到越来越多的重视。

在生产过程中，不管是煤的气化、液化还是煤的焦化亦或是熔融还原过程，都需要使用到大量的块煤。块煤都要经过一个煤的热解过程，从而煤的热解过程成为煤化工研究所关注的一个重要问题。尤其随着环保要求的不断严格，熔融还原技术因不需要焦化和烧结两道工序受到广泛关注。而熔融还原中必须使用到块煤，且对块煤的各项性能指标的要求比较苛刻。煤在热解过程中伴随着一系列复杂的物理变化和化学反应的进行，会出现膨胀和收缩现象。对于用于熔融还原的块煤来讲，块煤的热爆裂性能指标至关重要。以前的检测方法都不能用肉眼来直观的观察煤的膨胀、收缩现象和热爆裂性能，为了能直观反应熔融气化炉中块煤随温度的变化所表现出的膨胀和收缩及热爆裂现象过程，为熔融气化炉的顺行选择合适的块煤提供保证，有必要找到一种检测块煤热爆裂性及膨胀和收缩性能的新方法。

发明内容

针对熔融还原中块煤在熔融气化炉中随温度变化而变化的各种性能包括膨胀、收缩和热爆裂性的不可见性，本发明的目的在于提供一种通过影像采集来测量块煤膨胀和收缩性能的可视化装置，并提供利用该装置来测量块煤热爆裂性及膨胀和收缩性能的方法。

本发明的技术方案是，一种测量块煤热爆裂性及膨胀和收缩性能的装置，所述装置包括加热系统、照相机、计算机、光源调节系统和气氛系统；所述加热系统包括炉管、石英窗、样品基板和样品以及测温热电偶，所述热电偶的顶端与所述样品基板紧密接触；

所述的照相机的镜头为长焦距CCD镜头，所述加热系统安置在所述CCD镜头的正前方。

在测量时，块煤样品通过加热炉来进行加热，样品放于样品基板的上方，一起置于炉管的中央，热电偶的顶端与基板紧密接触，控制样品所需要的加热温度。

根据本发明所述的测量块煤热爆裂性及膨胀和收缩性能的装置，较好的是，所述的照相机为数码照相机，并通过数据线与计算机连接。

根据本发明所述的测量块煤热爆裂性及膨胀和收缩性能的装置，较好的是，所述光源调节系统包括光源和光强度控制器，所述光强度控制器在所述炉管一侧。通过光强度控制器来调节光的明暗程度拍得清晰的照片。

根据本发明所述的测量块煤热爆裂性及膨胀和收缩性能的装置，较好的是，所述气氛系统通路包括进气口和出气口。

根据本发明所述的测量块煤热爆裂性及膨胀和收缩性能的装置，较好的是，在所述炉管上装有水冷却系统。水冷却系统可以起到保护石英窗的作用，也防止石英窗被一些污染物所粘上，影响照片的效果。

根据本发明所述的测量块煤热爆裂性及膨胀和收缩性能的装置，在一个优选的实施方案中，所述CCD镜头的分辨率≥300万像素，可调焦距≥1.1m。

根据本发明所述的测量块煤热爆裂性及膨胀和收缩性能的装置，较好的是，所述CCD镜头与照相机主体之间用老虎皮连接；所述CCD镜头加载有滤光片和滤波片。

本发明还提供了一种测量块煤热爆裂性及膨胀和收缩性能的方法，该方法按以下步骤进行：

((1)煤样的制备：将原煤煤块磨制成不同颗粒大小的单颗粒块状煤，或将煤在常温常压下先磨制成粉末状，然后利用压样机分别压制成不同密度的粉压煤；

(2)将制好的煤样置入权利要求1所述的样品基板中，调节光强度控制器和CCD镜头，使图像清晰；

(3)在氩气环境下程序控制升温至目标温度，当煤样品在加热炉中按给定的温度升温加热时将发生膨胀和收缩，在加热过程中选择合适的温度点利用照相机对煤样品进行实时在线图像采集；

(4)处理过程图像得到该温度下煤样的线性膨胀和收缩值，计算得到体积膨胀和收缩率，并观察样品的热爆裂性。