CN118329683B - 一种测定煤中水分的析出特性的试验方法 - Google Patents

Abstract

一种测定煤中水分的析出特性的试验方法，试验装置包括加热装置、抽真空装置、控制台；加热装置中具有相互分隔的并列多个腔室；每个腔室作为独立的加热工作环境；各腔室中可水平放置有煤样容器；煤样容器两侧分别连接气体管路，气体管路连接于抽真空装置；加热装置连接控制台，控制台用于控制调节各腔室具有不同加热温度、各煤样容器具有不同真空度，同时获取多份煤样在不同温度、压力条件下的质量变化数据，拟合出煤中水分的析出特性的数据曲线；装置简单，试验方法易操作，能够准确测定煤中水分的析出特性；一次获取若干条件下的时间质量数据，试验周期短，数据准确。

Description

一种测定煤中水分的析出特性的试验方法

技术领域

本发明属于煤成分监测领域，具体涉及一种测定煤中水分的析出特性的试验方法。

背景技术

在火电厂燃煤利用过程中，煤中水分越高，发热量越低；由于水分蒸发消耗热量，导致锅炉炉膛内温度下降，煤粉着火困难；由于水分增加，可导致燃烧产生的水蒸气体积增大，因而使烟气量增多，增加了排烟热损失和引风机耗电量，由于水分增加，可促进烟气中三氧化硫形成硫酸蒸汽的作用，增加锅炉尾部低温处硫酸的凝结沉积，造成空气预热器腐蚀、堵灰。若能在制粉系统前加装简易干燥装置，就能达到降低煤中水分的目的。干燥装置需要通过煤中水分析获取不同环境条件下的水分析出特性，由于不同煤种的水分析出特性不同，因此需要测定煤中水分析出特性。目前尚无针对煤中水分的析出特性试验方法，需要一种快速便捷的试验装置及方法。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种测定煤中水分的析出特性的试验方法，试验过程简单、快捷、效率高。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种测定煤中水分的析出特性的试验方法，试验装置包括加热装置、抽真空装置、控制台；加热装置中具有相互分隔的并列多个腔室；每个腔室作为独立的加热工作环境；各腔室中放置有煤样容器；加热装置连接控制台，控制台用于控制调节各腔室具有不同加热温度、各煤样容器具有不同真空度；

煤样容器两侧分别连接气体管路；一侧为进气管路，另一侧为抽气管路；各进气管路、抽气管路上均设置有电控调节阀，执行开度调节控制；

多个煤样容器的进气管路汇入进气母管，抽气管路汇入抽气母管；进气母管一端连接干燥气源；另一端接入电控切换阀的B口，抽气母管一端接入电控切换阀的C口，电控切换阀的A口通过管路连接水分分离装置后接入抽真空装置；电控切换阀具有A-B、B-C、A-C三种通流状态；

试验时，步骤如下：

1）初始状态，电控切换阀位于A-C位，各电控调节阀位于关闭位；

2）称取相同质量的多份煤样；将煤样装于各煤样容器中，煤样容器两端连接上气路；

3）电控切换阀切换位于A-B位，打开干燥气源输出气体经进气母管进入水分分离装置，维持一定时间，水分分离装置内部环境初始化；各电控调节阀仍位于关闭位；

4）电控切换阀切换位于B-C位，将各电控调节阀位于完全开启位；干燥气源输出气体进入各煤样容器；维持一定时间，各煤样容器内部环境初始化；

5）控制各腔室加热温度至不同设定试验温度；

6）电控切换阀切换位于A-C位，抽气母管接通真空管路，各煤样容器开始降压，调控与各煤样容器相连接电控调节阀开度，使各煤样容器内保持不同最终压力；

7）各腔室在保持温度、压力条件下周期性进行煤样质量采集记录；

8）获取多份煤样在不同温度、压力条件下的质量变化数据，拟合出煤中水分的析出特性的数据曲线。

进一步地，各腔室作为独立的加热工作环境，其配置有加热源、温度传感器、温控电路。

进一步地，各腔室底部具有重量传感器，煤样容器放置于腔室底部时，通过重量传感器测量其重量参数。

进一步地，步骤4）中，维持一定时间后，通过重量传感器采集各煤样容器初始质量。

进一步地，步骤5）中，还将抽真空装置启动并维持一定时间，达到预定真空度。

进一步地，步骤6）中，各煤样容器同时开始降压，当到达一设定真空压力值时，调整其中一煤样容器两端的电控调节阀开度变小，保持该煤样容器内部为该设定真空压力值；依次调控与各煤样容器相连接电控调节阀开度，直至达到最低真空压力值，且各煤样容器具有不同真空压力值。

进一步地，所述煤样容器由筒体和筒盖两部分组成，筒体为玻璃管，两端旋紧安装端盖，端盖上开有通气孔通过耐压乳胶管连接气体管路。

进一步地，控制台对各腔室的工作温度进行设定及监控；控制台对电控切换阀发出调节指令切换通流状态，控制气路切换工作状态；控制台对电控调节阀发出开度调节指令，调节各煤样容器的进气、抽气通流状态，保持不同真空度。

进一步地，加热装置上对应于各腔室设置有显示区，控制台输出状态数据至显示区，对各腔室的当前温度、压力及工作时间进行显示输出。

进一步地，控制台与监控系统进行通信连接，接收监控系统发送的控制指令，并将采集的数据上传至监控系统进而生成煤中水分的析出特性的数据曲线。

本发明的有益效果是：

1）试验装置简单，试验方法易操作，能够准确测定煤中水分的析出特性。

2）一次获取若干条件下的煤样时间质量数据，试验周期短，数据准确。

3）样品密闭空间小，在抽真空装置的作用下，可以达到较高的真空度要求。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是电控切换阀的结构示意图。

图3是析出特性曲线图。

其中： 1-抽真空装置，2-压力计，3-控制台，4-上位机，5-水分分离装置，6-电控切换阀，7-电控调节阀，8-腔室，9-干燥气源，10-煤样容器，11-加热装置，12-显示区，13-抽气母管，14-进气母管，61-阀体，62-阀芯，63-过流腔，64-阀口，A\B\C-电控切换阀接口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图和实施例对本发明做出进一步说明。

实施例1

一种测定煤中水分的析出特性试验方法，其中，如图1所示，试验装置包括加热装置11、抽真空装置1、控制台3；加热装置11中具有相互分隔的并列多个腔室8。每个腔室8作为独立的加热工作环境，其配置有加热源、温度传感器、温控电路，加热源可采用加热电阻。

各腔室8中可水平放置有煤样容器10，所述煤样容器10例如由筒体和筒盖两部分组成，筒体为玻璃管，两端可旋紧安装端盖，端盖上开有通气孔用于连接气体管路。

控制台3用于控制调节各腔室具有不同加热温度、各煤样容器具有不同真空度。

各腔室8底部具有重量传感器，煤样容器10放置于腔室8内部时，通过重量传感器可实时测量其重量参数。

煤样容器10两侧分别连接气体管路。一侧为进气管路，另一侧为抽气管路。进气管路、抽气管路上均设置有电控调节阀7，可执行开度调节控制。

多个煤样容器10的进气管路汇入进气母管14，抽气管路汇入抽气母管13。

利用电控切换阀6进行气体通流状态切换。如图2所示，电控切换阀6具有外部的阀体61，内部的阀芯62。阀芯62上加工有过流腔63，过流腔63的两个径向过流管形成120度夹角。阀体61上呈120度夹角均布有三个外部接口A口、B口、C口，在相应A口、B口、C口处加工有阀口64。阀芯62旋转至不同角度时，其上的过流腔63可分别连接A口-B口、B口-C口、A口-C口，从而电控切换阀具有A-B、B-C、A-C三种通流状态。

进气母管14一端连接干燥气源9，另一端接入电控切换阀6的B口。

抽气母管13一端接入电控切换阀6的C口。

电控切换阀6的A口通过真空管路连接水分分离装置5后并接入抽真空装置1。

加热装置11具有外部控制台3，控制台3与加热装置11进行电连接。控制台3可对各腔室的工作温度进行设定及监控。控制台3对电控切换阀6发出调节指令，控制气路切换工作状态，对电控调节阀7发出调节指令，调节各煤样容器的进气、抽气通流状态，保持不同真空度。各煤样容器的抽气管路上安装有压力传感器，检测反馈压力值输出给外部控制台3。加热装置11上对应于各腔室设置有显示区12，控制台3输出状态数据至显示区12，可对各腔室的当前温度、压力及工作时间进行显示输出。

控制台3与监控系统上位机4进行通信连接，接收上位机4发送的控制指令执行操作，并将采集的数据上传至监控系统上位机4。

具体试验使用中，煤样容器10固定于加热装置11内；通过耐压乳胶管连接煤样容器10；通过带有温度指示的加热装置11控制改变煤样所在环境腔室温度；通过真空度调节改变煤样所在煤样容器的气压；通过水分分离装置5分离出析出的水分。

试验时，具体步骤如下：

1）初始状态，电控切换阀6位于A-C位，各电控调节阀7位于关闭位；

2）称取相同质量的多份煤样、例如为四份煤样（精确到0.01g）；将煤样装于各煤样容器中，摊平煤样，煤样容器两端连接上气路并水平放置于各腔室中；

3）电控切换阀6切换位于A-B位，进气母管14接通真空管路，打开干燥气源9输出气体经进气母管14进入真空管路，气体进入水分分离装置，维持一定时间，水分分离装置内部环境初始化。各电控调节阀7仍位于关闭位。

4）电控切换阀6切换位于B-C位，将各电控调节阀7位于完全开启位；维持一定时间；干燥气源9输出气体进入各煤样容器10；维持一定时间，各煤样容器10内部环境初始化。通过重量传感器采集各煤样容器10初始质量。

5）抽真空装置1启动并维持一定时间，达到预定真空度；同时控制各腔室8加热温度至不同设定温度，温度例如为60℃、85℃、95℃、105℃。

6）电控切换阀6切换位于A-C位，抽气母管13接通真空管路。各煤样容器10开始降压，当到达设定真空压力值时，调整其中一煤样容器两端的电控调节阀7开度，保持该煤样容器内部为设定真空压力值。例如依次调控与各煤样容器相连接电控调节阀7开度，各煤样容器的最终压力为0mbar、200mbar、300mbar、400mbar。

7）各腔室在保持温度、压力条件下周期性进行煤样质量采集记录，例如：开启计时，各腔室在保持温度、压力条件下保持5h，每隔1h记录一次煤样质量。

8）获取多份煤样在不同温度、压力条件下的质量变化数据，拟合出煤中水分的析出特性的数据曲线；具体地，监控系统上位机4获取煤样在不同温度、压力条件下的质量变化数据，拟合出煤中水分的析出特性曲线，如图3所示，其中所拟合出的析出特性曲线中，横轴为T（时间），纵轴为M（煤样质量），曲线C1-C4分别表示不同温度、压力条件下拟合曲线，以C1曲线为例，其环境为温度60℃、压力0mbar，其中沿横轴时间T0-T5变化时，煤样质量M也发生减小变化（即煤中水分发生析出导致质量减小），由此可见，通过随时间变化的煤样质量变化曲线可表征在对应环境条件下煤样中水分的析出特性。C2曲线其环境为温度85℃、压力200mbar，C3曲线其环境为温度95℃、压力300mbar，C4曲线其环境为温度105℃、压力400mbar。

煤中水分的析出特性曲线数据可应用于电厂干燥装置的调控系统，如电厂干燥装置调控设置工作条件为温度105℃、压力400mbar，即可基于C4曲线通过插值法预先得出在经不同干燥时长后相应的煤质量数据。

本系统中的试验方法，可经过较短时间即同时获取多份煤样在不同温度、压力条件下的质量变化数据，而采用传统分析试验，需要在不同温度、压力条件下，分别保持相同时长，导致周期长，数据比对性差，本申请可一次获取若干条件下的煤样的时间质量数据，试验周期短，数据准确。

实施例2

一种测定煤中水分的析出特性试验系统，包括加热装置11、抽真空装置1、水分分离装置5；加热装置11中具有相互分隔的并列多个腔室8。每个腔室8作为独立的加热工作环境，其配置有加热源、温度传感器、温控电路，加热源可采用加热电阻。

各腔室8中可水平放置有煤样容器10，所述煤样容器10由筒体和筒盖两部分组成，筒体为玻璃管，两端可旋紧安装端盖，端盖上开有通气孔用于连接气体管路。

各腔室8底部具有重量传感器，煤样容器10放置于腔室8内部时，通过重量传感器可实时测量其重量参数。

煤样容器10两侧分别连接气体管路。一侧为进气管路，另一侧为抽气管路。进气管路、抽气管路上均设置有电控调节阀7，可执行开度调节控制。

多个煤样容器10的进气管路汇入进气母管14，抽气管路汇入抽气母管13。

进气母管14一端连接干燥气源9，如。另一端接入电控切换阀6的B口。

抽气母管13一端接入电控切换阀6的C口。

电控切换阀6的A口通过真空管路连接水分分离装置5后并接入抽真空装置1。

加热装置11具有外部控制台3，控制台3与加热装置11进行电连接。控制台3可对各腔室的工作温度进行设定及监控。控制台3对电控切换阀6发出调节指令，控制气路切换工作状态，对电控调节阀7发出调节指令，调节各煤样容器的进气、抽气通流状态，保持不同真空度。各煤样容器的抽气管路上安装有压力传感器，检测反馈压力值输出给外部控制台3。加热装置11上对应于各腔室设置有显示区12，控制台3输出状态数据至显示区12，可对各腔室的当前温度、压力及工作时间进行显示输出。

控制台3与监控系统上位机4进行通信连接，接收上位机4发送的控制指令执行操作，并将采集的数据上传至监控系统上位机4。

具体试验使用中，煤样容器10固定于加热装置11内；通过耐压乳胶管连接煤样容器10；通过带有温度指示的加热装置11控制改变煤样所在环境腔室温度；通过真空度调节改变煤样所在煤样容器的气压；通过水分分离装置5分离出析出的水分。

1）装置初始化，电控切换阀6位于A-C位，各电控调节阀7位于关闭位；

2）称取相同质量的四份煤样（精确到0.01g）；将煤样装于各煤样容器中，摊平煤样，煤样容器两端连接上气路并水平放置于各腔室中；

3）电控切换阀6切换位于A-B位，进气母管14接通真空管路，打开干燥气源9输出气体经进气母管14进入真空管路，气体进入水分分离装置，维持一定时间。各电控调节阀7仍位于关闭位。

4）电控切换阀6切换位于B-C位，将各电控调节阀7位于完全开启位；维持一定时间；干燥气源9输出气体进入各煤样容器10。通过重量传感器采集各煤样容器10初始质量。

5）抽真空装置1启动并维持一定时间，达到预定真空度；同时控制各腔室8加热温度至不同设定温度，温度为50℃、70℃、90℃、100℃。

6）电控切换阀6切换位于A-C位，抽气母管13接通真空管路。各煤样容器10开始降压，当到达设定真空压力值时，调整其中一煤样容器两端的电控调节阀7开度，保持该煤样容器内部为设定真空压力值。依次调控与各煤样容器相连接电控调节阀7开度，各煤样容器的最终压力为0mbar、150mbar、300mbar、400mbar。

7）开启计时，各腔室在保持温度、压力条件下保持5h，每隔1h记录一次煤样质量。

8）监控系统上位机4获取煤样在不同温度、压力条件下的质量变化数据，拟合出煤中水分的析出特性曲线。析出特性曲线数据可应用于电厂干燥装置的调控系统。

本系统中的试验装置，可经过较短时间即同时获取多份煤样在不同温度、压力条件下的质量变化数据，而采用传统分析试验，需要在不同温度、压力条件下，分别保持相同时长，导致周期长，数据比对性差，本申请可一次获取若干条件下的煤样的时间质量数据，试验周期短，数据准确。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种测定煤中水分的析出特性的试验方法，试验装置包括加热装置、抽真空装置、控制台；其特征在于，加热装置中具有相互分隔的并列多个腔室；每个腔室作为独立的加热工作环境；各腔室中放置有煤样容器；加热装置连接控制台，控制台用于控制调节各腔室具有不同加热温度、各煤样容器具有不同真空度；

煤样容器两侧分别连接气体管路；一侧为进气管路，另一侧为抽气管路；各进气管路、抽气管路上均设置有电控调节阀，执行开度调节控制；

多个煤样容器的进气管路汇入进气母管，抽气管路汇入抽气母管；进气母管一端连接干燥气源，另一端接入电控切换阀的B口，从干燥气源至电控切换阀的B口的进气母管上顺序接入多个煤样容器的进气管路；

抽气母管一端接入电控切换阀的C口，从抽气母管末端至电控切换阀的C口的抽气母管上顺序接入多个煤样容器的抽气管路；

抽气母管末端所连接煤样容器的进气管路在进气母管上接入位置最接近干燥气源；

进气母管末端所连接煤样容器的抽气管路在抽气母管上接入位置最接近电控切换阀的C口；

电控切换阀的A口通过管路连接水分分离装置后接入抽真空装置；电控切换阀具有A-B、B-C、A-C三种通流状态；

试验时，步骤如下：

1）初始状态，电控切换阀位于A-C位，各电控调节阀位于关闭位；

2）称取相同质量的多份煤样；将煤样装于各煤样容器中，煤样容器两端连接上气路；

3）电控切换阀切换位于A-B位，打开干燥气源输出气体经进气母管进入水分分离装置，维持一定时间，水分分离装置内部环境初始化；各电控调节阀仍位于关闭位；

4）电控切换阀切换位于B-C位，将各电控调节阀位于完全开启位；干燥气源输出气体进入各煤样容器；维持一定时间，各煤样容器内部环境初始化；

5）控制各腔室加热温度至不同设定试验温度；将抽真空装置启动并维持一定时间，达到预定真空度；

6）电控切换阀切换位于A-C位，抽气母管接通真空管路，各煤样容器开始降压，调控与各煤样容器相连接电控调节阀开度，使各煤样容器内保持不同最终压力；各煤样容器同时开始降压，当到达一设定真空压力值时，调整其中一煤样容器两端的电控调节阀开度变小，保持该煤样容器内部为该设定真空压力值；依次调控与各煤样容器相连接电控调节阀开度，直至达到最低真空压力值，且各煤样容器具有不同真空压力值；

7）各腔室在保持温度、压力条件下周期性进行煤样质量采集记录；

8）获取多份煤样在不同温度、压力条件下的质量变化数据，拟合出煤中水分的析出特性的数据曲线。

2.根据权利要求1所述测定煤中水分的析出特性的试验方法，其特征在于，各腔室作为独立的加热工作环境，其配置有加热源、温度传感器、温控电路。

3.根据权利要求1所述测定煤中水分的析出特性的试验方法，其特征在于，各腔室底部具有重量传感器，煤样容器放置于腔室底部时，通过重量传感器测量其重量参数。

4.根据权利要求3所述测定煤中水分的析出特性的试验方法，其特征在于，步骤4）中，维持一定时间后，通过重量传感器采集各煤样容器初始质量。

5.根据权利要求1所述测定煤中水分的析出特性的试验方法，其特征在于，所述煤样容器由筒体和筒盖两部分组成，筒体为玻璃管，两端旋紧安装端盖，端盖上开有通气孔通过耐压乳胶管连接气体管路。

6.根据权利要求1所述测定煤中水分的析出特性的试验方法，其特征在于，控制台对各腔室的工作温度进行设定及监控；控制台对电控切换阀发出调节指令切换通流状态，控制气路切换工作状态；控制台对电控调节阀发出开度调节指令，调节各煤样容器的进气、抽气通流状态，保持不同真空度。

7.根据权利要求1所述测定煤中水分的析出特性的试验方法，其特征在于，加热装置上对应于各腔室设置有显示区，控制台输出状态数据至显示区，对各腔室的当前温度、压力及工作时间进行显示输出。

8.根据权利要求1所述测定煤中水分的析出特性的试验方法，其特征在于，控制台与监控系统进行通信连接，接收监控系统发送的控制指令，并将采集的数据上传至监控系统进而生成煤中水分的析出特性的数据曲线。