一種煤粉熱處理裝置的制作方法

專利名稱：：一種煤粉熱處理裝置的制作方法
技術領域：
：本發明涉及多種氣氛及其混合氣氛下煤粉熱處理的技術，具體說是涉及一種煤粉熱處理裝置。該裝置可實現高溫高壓水蒸氣下煤粉熱處理的試驗研究，也可用于煤粉磁性強化、煤粉焦化及煤粉氣化等領域。
背景技術：
：煤粉熱解是煤燃燒過程的一個重要的初始階段，因此研究煤粉的熱處理裝置對于煤粉磁性強化等具有十分重要的意義，選擇適合的熱處理裝置可以在一定的程度上改善煤粉的燃燒狀況。目前，煤粉熱處理試驗裝置按其加熱方式分為電加熱、等離子體加熱、微波加熱等，后兩種加熱方式雖然具有升溫速度快、選擇性加熱等優勢，但由于設備昂貴、可控性差，很難實現工業化生產，目前仍以電加熱為主要方式。電加熱方式中多采用常壓固定床反應器、石英管反應器、自由落下床反應器等，上述反應器由于反應空間狹小，每次樣品量僅為0.53g，很難滿足工業化生產需求；同時很多試驗裝置僅能實現常壓單一氣氛下煤粉熱處理試驗，對于高壓混合氣氛(特別是高溫水蒸氣)下煤粉熱處理試驗無能為力。現已見到的常用煤粉熱處理裝置如下圖所示。張國杰等人在進行高硫煤加氫熱解脫硫試驗研究過程中采用煤粉熱處理裝置為常壓固定床反應器，此裝置設計簡單，操作方便，但只有一個進氣口，不能進行多種氣氛及混合氣氛下的煤粉熱處理試驗；同時該裝置只能進行常壓反應，無法進行煤粉高壓熱處理試驗；由于其反應器設計尺寸偏小，此裝置試樣處理量為3g，粒度小于3mm，同時該裝置由于沒有添加焦油收集器及冷卻設備等，無法收集煤粉熱處理過程中產生的焦油，即不能準確分析煤粉熱處理過程中產生焦油含量及其硫含量，極大影響此裝置的應用范圍。徐龍等人在研究兗州煤熱解預脫硫行為中通過改變固定床反應器為石英管反應器，實現了快速升溫熱解和程序升溫熱解兩個過程，但由于石英管內徑為1.4cm，每次樣品量僅為0.5g，樣品處理量太小，同時石英管易碎，縮短此裝置使用壽命。Sugawara等人在對煙煤進行快速熱解脫硫試驗研究過程中采用煤粉熱解裝置為常壓自由落下床反應器，將進氣口設計在裝置的底部，試樣從裝置的頂部自由落下進入高溫區，經迅速加熱后落到裝置底部。該裝置操作方便，設計成本低，但僅能進行常壓快速加熱，不能進行程序升溫加熱，同時樣品處理量少，同時對氣流控制要求較高，顆粒在經過高溫區的反應時間很難控制，可控性較差。高梅杉等人在研究褐煤在甲烷氣氛下熱解特性及硫析出規律中其熱處理裝置采用了雙進氣口，實現了混合氣氛下煤粉加熱試驗研究，通過質量流量計和質量流量控制顯示儀精確測量和控制氣體流量，將試樣放入瓷舟并推至石英管中部，通過管式爐的程序升溫進行加熱。但此裝置只能在常壓下進行，不能進行高壓反應試驗，同時該裝置處理量少，不便于大型化，僅滿足對此次試驗的要求。李斌等人在進行高硫煤半焦水蒸氣部分氣化預脫硫試驗中其熱處理裝置添加了計量泵及蒸氣發生器，可進行水蒸氣氣氛下煤粉熱處理試驗，但只設計一個進氣口，反應過程中僅能充入一種氣體，采用轉子流量計不能很好的控制氣體流量，同時該裝置沒有安裝壓力表及背壓閥，只能進行常壓條件下的試驗，試樣處理量少，影響其應用范圍。馮玉濱等人在研究煤的熱解與硫的析出特性時采用的是一種以固定床為反應器，以硅碳管為加熱原件的熱解裝置。在試驗過程中將試樣放入瓷舟并推至石英管中部，通過硅碳管進行加熱。此裝置處理量較小，一般為0.Ig,同時只能進行常壓及單一氣氛下的反應。表1常見煤粉熱處理裝置<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由上表可以看出，目前常用煤粉熱處理裝置其結構比較簡單，反應壓力多設計為常壓，進氣方式多采用單一進氣口，樣品處理量小且對粒度有要求，同時這些熱處理裝置基本對于后續的焦油的收集及處理尚未涉及，這些弊端將直接影響其應用范圍。
發明內容本發明的目的正是針對上述煤粉熱處理裝置中存在的不足之處，而提供一種可在多種氣氛及其混合氣氛下對煤粉進行熱處理的裝置。本發明的煤粉熱處理裝置不僅兼有傳統煤粉熱處理裝置的優點，而且添加計量泵、水桶及背壓閥等裝置，可實現高溫高壓水蒸氣下煤粉熱解預處理的試驗研究，同時具有操作方便、處理量大、適用性強等優點。可被廣泛的應用于煤粉磁性強化、煤粉焦化及煤粉氣化等領域。本發明的目的可通過下述技術措施來實現本發明的煤粉熱處理裝置包括以并聯方式設置的兩根管路間分別設置有質量流量計、控制閥的用于向管式爐內輸送不同氣體及其混合氣體的第一進氣管和第二進氣管，兩根進氣管的出口端通過氣體混合管段和控制閥與以串聯方式設置的第一管式爐、第二管式爐相連接；所述第二管式爐出口端通過管道依次連接有冷阱裝置和焦油收集器；在所述的氣體混合管段上設置有與供水源相連接的管道，在該管道間依次設置有控制閥和計量泵，這一結構可在煤粉熱處理過程中向管式爐中通入用于產生高溫水蒸氣的水，實現多氣氛及其混合氣氛下的煤粉熱處理。本發明中所述的第二管式爐中用于盛放試驗樣品裝置采用不銹鋼管制備而成，不銹鋼管兩端口采用石英棉作為堵塞，不銹鋼管的規格可根據試驗需要進行調整；采用不銹鋼管不但可以增大試驗樣品的處理量，而且與普遍采用的石英玻璃管相比具有不易碎、可進行快速冷卻等優勢，在試驗過程中減少了冷卻時間，操作簡單；另外采用石英棉作為堵塞，這與普遍采用在不銹鋼管內焊接鋼板網相比具有很大優勢，因為煤粉在加熱過程中易結焦及形成焦油，長時間使用將使焦油、煤粉堵塞鋼板網，一旦堵塞將很難清洗。采用石英棉不僅操作方便、透氣性良好，而且可以反復使用，降低試驗成本。管式爐采用程序升溫，溫度彡IOOO0Co本發明中所述的冷阱主要對尾氣進行冷卻，防止過熱氣體損害后續設備，冷阱設計為可拆不銹鋼U型管，這與傳統U型玻璃管相比具有不易碎的優點，同時不銹鋼U型管拆裝方便，便于清洗；焦油收集器主要是收集煤粉熱處理過程中產生的焦油，同時也是防止產生的焦油污染后續設備，所以添加焦油收集器是十分必要的。另外，本發明在冷阱與焦油收集器之間的不銹鋼連接管道間設置有壓力表，在焦油收集器氣體排放管道上安裝有背壓閥，用于實現整套裝置在試驗過程中進行高壓試驗，通過壓力表顯示反應裝置內的壓力。本發明的有益結果如下(1)采用雙向進氣管進氣，從而實現了多氣氛及其混合氣氛下煤粉熱處理試驗裝置，應用前景廣闊。(2)添加水桶、計量泵、管式爐、背壓閥等裝置，實現了在煤粉熱處理過程中添加高溫高壓水蒸氣，擴大了此裝置的應用范圍。(3)第二管式爐中用于盛放試驗樣品的不銹鋼管可根據試驗需要進行尺寸調整，提高了樣品處理量，同時在試驗操作過程中減少了冷卻時間，在堵塞不銹鋼管出氣口時利用石英棉不但操作方便而且降低試驗成本。(4)添加冷阱、焦油收集器等裝置不但可以保護后續設備，而且增加此裝置的應用范圍，比如可進行煤熱解特性、煤氣化等研究。(5)此裝置完全由不銹鋼做成，與傳統煤粉熱處理裝置相比具有使用壽命長、不易損壞等優勢。圖1為現有技術的原理圖。圖1中序號1'、空氣瓶，2'.流量計，3'.橡膠塞，4'.高溫管式爐，5'.瓷舟，6'.石英玻璃管。圖2為本發明的原理圖。圖2中序號1、第一進氣管，2、第二進氣管，3、安裝在第一進氣管間的質量流量計，4、安裝在第二進氣管間的質量流量計，5、第一管式爐，6、第二管式爐，7、壓力表，8、冷阱，9、焦油收集器，10背壓閥，11、計量泵，12、盛水容器。具體實施例方式本發明以下將結合實施例(附圖)作進行進一步的說明如圖2所示，本發明的煤粉熱處理裝置包括以并聯方式設置的兩根管路間分別設置有質量流量計3、4和控制閥的用于向管式爐內輸送不同氣體及其混合氣體的第一進氣管1和第二進氣管2，兩根進氣管的出口端通過氣體混合管段和控制閥與以串聯方式設置的第一管式爐5、第二管式爐6相連接；所述第二管式爐6出口端通過管道依次連接有冷阱裝置8和焦油收集器9；在所述的氣體混合管段上設置有與供水源(盛水容器12)相連接的管道，在該管道間依次設置有控制閥和計量泵11，這一結構可在煤粉熱處理過程中向管式爐中通入用于產生高溫水蒸氣的水，實現多氣氛及其混合氣氛下的煤粉熱處理。本發明中所述的第二管式爐6中用于盛放試驗樣品裝置采用不銹鋼管制備而成，不銹鋼管兩端口采用石英棉作為堵塞，不銹鋼管的規格可根據試驗需要進行調整；采用不銹鋼管不但可以增大試驗樣品的處理量，而且與普遍采用的石英玻璃管相比具有不易碎、可進行快速冷卻等優勢，在試驗過程中減少了冷卻時間，操作簡單；另外采用石英棉作為堵塞，這與普遍采用在不銹鋼管內焊接鋼板網相比具有很大優勢，因為煤粉在加熱過程中易結焦及形成焦油，長時間使用將使焦油、煤粉堵塞鋼板網，一旦堵塞將很難清洗。采用石英棉不僅操作方便、透氣性良好，而且可以反復使用，降低試驗成本。管式爐采用程序升溫，溫度≤1000Co本發明中所述的冷阱8主要對尾氣進行冷卻，防止過熱氣體損害后續設備，冷阱設計為可拆不銹鋼U型管，這與傳統U型玻璃管相比具有不易碎的優點，同時不銹鋼U型管拆裝方便，便于清洗；焦油收集器9主要是收集煤粉熱處理過程中產生的焦油，同時也是防止產生的焦油污染后續設備，所以添加焦油收集器是十分必要的。另外，本發明在冷阱8與焦油收集器9之間的不銹鋼連接管道間設置有壓力表7，在焦油收集器氣體排放管道上安裝有背壓閥10，用于實現整套裝置在試驗過程中進行高壓試驗，通過壓力表顯示反應裝置內的壓力。本發明的工作原理如下不同的氣體通過設置在第一進氣管1和第二進氣管2進氣口端的閥門分別進入兩根進氣管，并經由分別設置在其管道間的通過質量流量計3、4控制氣體流量，不同氣體經過氣體混合管段充分混合后，通過閥門的控制依次進入第一管式爐5、第二管式爐6，經反應后尾氣通過冷阱裝置8進行冷卻，冷卻后的氣體經過焦油收集器9收集產生的焦油，最后尾氣經過背壓閥10排出。如果試驗條件需要高溫水蒸氣，可以通過計量泵11抽取盛水容器12中的水，將水通過輸水管道送進入第一管式爐5，經第一管式爐5高溫加熱生成高溫水蒸氣，并通過載氣將高溫水蒸氣送入第二管式爐6進行反應。反應過程中可通過壓力表7、背壓閥10調整反應氣氛的壓力。試驗裝置操作步驟具體如下(1)取下第二管式爐6內的不銹鋼管，將石英棉塞入不銹鋼管出氣口的一端，然后將稱量好的試樣放入管式爐中部，擰緊螺栓。(2)打開質量流量計，根據試驗需要分別打第一進氣管1和第二進氣管2進氣口端的閥門，以及氣體混合管段間設置的連通第一管式爐5的閥門(如果需要高溫水蒸氣反應條件則應打開計量泵開關并調整計量表，同時打開輸水管道閥門)，通過質量流量計控制氣體流量。(3)打開第一管式爐、第二管式爐開關，設定需要的反應溫度，然后進行加熱，同時查看壓力表及調整背壓閥確定反應壓力。(4)反應結束后應首先關閉管式爐開關，緩慢打開背壓閥，當壓力表顯示為常壓，將不銹鋼管取出冷卻至室溫，同時關閉第一進氣管1和第二進氣管2進氣口端的閥門，然后關閉質量流量計開關(如在高溫水蒸氣反應條件下則應關閉計量泵及相應閥門)。(5)將冷卻至室溫的不銹鋼管取出，然后將試樣從不銹鋼管進氣口一端倒出，收集試樣(試驗如需收集焦油、尾氣可一并進行)。(6)將收集后的試樣稱重并用樣品袋保存，清洗試驗裝置。權利要求一種煤粉熱處理裝置，其特征在于所述裝置包括以并聯方式設置的兩根管路間分別設置有質量流量計、控制閥的用于向管式爐內輸送不同氣體及其混合氣體的第一進氣管和第二進氣管，兩根進氣管的出口端通過氣體混合管段和控制閥與以串聯方式設置的第一管式爐、第二管式爐相連接；所述第二管式爐出口端通過管道依次連接有冷阱裝置和焦油收集器；在所述的氣體混合管段上設置有與供水源相連接的管道，在該管道間依次設置有控制閥和計量泵。2.根據權利要求1所述的煤粉熱處理裝置，其特征在于所述的第二管式爐中用于盛放試驗樣品裝置采用不銹鋼管制備而成，不銹鋼管兩端口采用石英棉作為堵塞。3.根據權利要求1所述的煤粉熱處理裝置，其特征在于所述的冷阱主為可拆式結構的不銹鋼U型管。4.根據權利要求1所述的煤粉熱處理裝置，其特征在于在冷阱與焦油收集器之間的不銹鋼連接管道間設置有壓力表，在焦油收集器氣體排放管道上安裝有背壓閥。全文摘要一種煤粉熱處理裝置，其特征在于所述裝置包括以并聯方式設置的兩根管路間分別設置有質量流量計、控制閥的用于向管式爐內輸送不同氣體及其混合氣體的第一進氣管和第二進氣管，兩根進氣管的出口端通過氣體混合管段和控制閥與以串聯方式設置的第一管式爐、第二管式爐相連接；所述第二管式爐出口端通過管道依次連接有冷阱裝置和焦油收集器；在所述的氣體混合管段上設置有與供水源相連接的管道，在該管道間依次設置有控制閥和計量泵。文檔編號C10J3/46GK101824345SQ201010147130公開日2010年9月8日申請日期2010年4月15日優先權日2010年4月15日發明者劉全潤,李沙,焦紅光,王燦,趙繼芬申請人:河南理工大學