[发明专利]一种煤的热解‑成焦行为的检测方法及其装置

权利要求书

1.一种煤的热解-成焦行为的检测方法，其特征是该方法包括以下内容：

一.选择并安装检测装置

采用精密电子天平称重，量程10kg，感量0.10g；采用电炉作为加热炉，炉体为全不锈钢外壳结构，采用整体式炉衬，加热元件为红外碳纤维加热器，最大电功率2KW，加热炉最高温度1100℃，炉体用支架支撑，采用K型铠装热电偶测量温度，控温热电偶和测温热电偶均插入热电偶铁管内，控温热电偶插在铁管底部，测温热电偶插在试样中部；用煤杯托板托起煤杯，将煤杯放入炉膛内，装入煤样后，将压力盘放入煤杯，压力盘通过压力盘导杆与隔热导杆相连，隔热导杆与载荷传感器相连，位移传感器通过位移连接板与隔热导杆上的豁口相连，并且安装在位移传感器立柱上，压力由气缸提供，最高压强0.8MPa，气缸安装在上盖板上；探针与探针压力传感器和探针位移传感器相连，压力传感器检测探针阻力，位移传感器检测探针下探位移，探针位移传感器安装在探针位移传感器立柱上，支架安装在煤杯托板上，上部整体结构通过煤杯立柱坐在电子天平上，压力大小由压力控制系统控制，压力控制系统由气泵、调压装置和气管组成，整个装置由综合控制柜控制；

二.检测步骤

a.检测准备：用金刚砂布清除煤杯、热电偶管及压力盘上遗留的焦屑，煤杯底及压力盘上各气孔畅通，热电偶管内无异物；

b.纸管制作：在一根细钢棍上用香烟纸粘制成直径为2.5～3mm、高度约为60mm的纸管，装煤杯时将钢棍插入纸管，纸管上端与钢棍紧贴，防止煤样进入纸管；

c.滤纸条制作：将大块滤纸裁剪成宽60mm，长190～200mm的小滤纸条；

d.石棉圆垫制作：用厚度为0.5～1.0mm的石棉纸作两个直径为60mm的石棉圆垫，在上部圆垫上有供热电偶铁管穿过的圆孔和纸管穿过的小孔，在下部圆垫上对应压力盘上的探测孔处作一标记；

e.装煤杯：将煤杯下部凸出部分放入底部圆孔中，煤杯底上放置热电偶铁管的凹槽中心点与压力盘上放热电偶的孔洞中心点对准，将石棉垫铺在煤杯底上， 石棉垫上圆孔应对准煤杯底上的凹槽，在杯内下部沿壁围一条滤纸条，将热电偶铁管插入煤杯底凹槽，把带有香烟纸管的钢棍放在下部石棉圆垫的探测孔标志处，用压板把热电偶铁管和钢棍固定，并使它们都保持垂直状态；

f.煤样缩制：按GB 474《煤样的制备方法》，煤样用对辊式破碎机破碎到全部通过1.5mm的圆孔筛，将全部试样倒在缩分板上，掺合均匀、摊成厚10mm的方块，用直尺将方块划分为许多30mm×30mm左右的小块，用长方形小铲，按棋盘式取样法隔块，分别取出两份试样，每份试样质量为100±0.5g，将每份试样用堆锥四分法分为四部分，分四次装入煤杯中，每装25g之后，用金属针将煤样摊平，试样装完后，将压板暂时取下，把上部石棉圆垫小心地平铺在煤样上，并将露出的滤纸边缘折复于石棉圆垫之上，放入压力盘，再用压板固定热电偶铁管；

g.煤样入炉：将煤杯放入炉膛内，把压力盘和隔热导杆连接起来，隔热导杆与载荷传感器相连，并把位移传感器通过位移连接板与隔热导杆上的豁口相连，在整个装样过程中香烟纸管保持垂直状态，当压力盘和隔热导杆连接好之后，打开气泵开关，通过调压阀调节压力盘压力大小，使压强稳定在9.8×10⁴Pa，把细钢棍小心地由纸管中抽出来，将纸管留在原有位置，将探针插入纸管内，试探纸管底部，如可以顺利探底，将探针停留在零点位置，将热电偶放入热电偶铁管内，控温热电偶置于铁管底部，测温热电偶置于试样中部，将综合控制柜显示器上位移传感器、压力传感器和精密电子天平示数全部清零；

h.开始检测：点击显示屏屏幕上“开始试验”选项，通电加热，软件自动记录数据，屏幕上显示控温热电偶和测温热电偶温度曲线、煤层压力曲线、体积曲线和失重曲线，控制煤杯杯底升温速度，250℃以前为8℃/min，30min内升到250℃；250℃以后为3℃/min，350℃～600℃期间，实际温度与达到的温度不超过5℃，在其余时间内不应超过10℃，温度到达250℃时，开始探测胶质层上下层面，测量胶质层上部层面时，将探针轻轻往下探测，直到探针下端接触到胶质层层面，当压力传感器示数为0.3Kg视作胶质层上层面位置，将读数记录在“胶质层上层面”表格里，并同时记录测量层面的时间，当压力传感器示数为2Kg视作下层面位置，测量胶质层下部层面时，用探针首先测出上部层面，然后轻轻穿透胶质体到半焦表面，将读数记录在“胶质层下层面”表格里，并同时记录测量层面的时间，探针穿透胶质层和从胶质层中抽出时轻轻转动，防止带出胶质体 或使胶质层内积存的煤气突然逸出，以免破坏体积曲线形状和影响层面位置，根据体积曲线的形状及胶质体的特性，来确定测量上、下部层面的频率，当温度达到730℃时，停止测量胶质层上、下部层面，当温度到达950℃时，测量结束，将数据以Excel表格形式导出，关掉各种设备开关和电源；

i.测量得到的数据：胶质层最大厚度Y(mm)、最大膨胀压强P(Pa)、最终收缩度X(mm)、吸热峰对应温度T₁(℃)、放热峰对应温度T₂(℃)、最大失重量M(g)和最大失重速率V(g/min)。

2.一种煤的热解-成焦行为检测方法采用的装置，其特征是该装置包括：综合控制柜、精密电子天平、炉体、炉体支架、煤杯、煤杯支架、胶质层测量系统、加压系统、体积曲线测量系统、上部结构支架和压力控制系统，所述炉体支架由炉体托板和四根炉体支柱组成；煤杯支架由煤杯托板和四根煤杯支柱组成，煤杯支架坐于精密电子天平上；煤杯由煤杯杯底、杯体和煤杯压板组成，煤杯穿过煤杯托板中心圆孔进入炉膛内，煤杯托板通过煤杯顶部杯体外侧凸出部位将其托起，将煤样装入煤杯中；上部结构支架由位移传感器安装立柱、上盖板和探针位移传感器安装立柱组成，位移传感器安装在位移传感器安装立柱上，气缸安装在上盖板上，探针位移传感器安装在探针位移传感器安装立柱上,上部结构支架安装在煤杯托板上；胶质层测量系统由探针、探针压力传感器、探针连接板和探针位移传感器组成，探针安装在探针压力传感器底部，探针压力传感器顶部与探针连接板相连，探针连接板与探针位移传感器底部相连；加压系统由压力盘、压力盘导杆、隔热导杆、载荷传感器和加压气缸组成，压力盘放入煤杯中并与压力盘导杆相连，压力盘导杆顶部与隔热导杆底部相连，隔热导杆顶部安装在载荷传感器的下部，载荷传感器顶部与气缸底部相连；体积曲线测量系统由位移连接板和位移传感器组成，位移连接板一端与隔热导杆上的豁口相连，另一端与位移传感器底部相连；压力控制系统由气泵、调压装置和输气管组成，输气管分为两部分，一部分连接气泵和调压装置，一部分连接调压装置和加压气缸；红外碳纤维加热器安装在炉体上，距离煤杯杯底约5mm；热电偶铁管通过煤杯压板上的圆孔竖直插入煤杯杯底凹槽，热电偶插入热电偶铁管中，控温热电偶插在铁管底部，测温热电偶插在煤样中部；综合控制柜通过连接线分别与红外碳纤维加热器、探针压力传感器、探针位移传感器、载荷传感器和位移传感器相连。