本發(fā)明涉及一種煤炭加工與潔凈工藝及系統(tǒng)，特別是一種可視化的低階煤配入煉焦工藝及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

煤炭資源一直是我國(guó)重要的發(fā)展資源，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和民生改善過(guò)程中發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)性作用。我國(guó)是一個(gè)煤炭資源大國(guó)，同時(shí)也是煤炭消耗大國(guó)。煤炭資源的利用，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要的能源支撐，而煉焦在中國(guó)煤炭經(jīng)濟(jì)中占重要地位。因此煉焦過(guò)程及機(jī)理的研究必不可少，其對(duì)實(shí)現(xiàn)煤炭資源利用效益最大化和綠色環(huán)保具有重要的意義。

現(xiàn)階段國(guó)外對(duì)煉焦過(guò)程的研究多為煉焦結(jié)束或中止后再進(jìn)行的采樣檢測(cè)，多表現(xiàn)在微觀的自由基、微晶參數(shù)及孔結(jié)構(gòu)方面，比如采用XRD技術(shù)和能譜等表征手段可觀察到煤樣的煤巖組分，礦物組成、元素組成、雜質(zhì)賦存形貌等；掃描電鏡技術(shù)的發(fā)展為宏觀上觀察煤焦表面形貌提供了有力的工具；對(duì)焦炭在炭化室中隨著時(shí)間和溫度的變化發(fā)生了怎樣的形態(tài)變化，發(fā)生了哪些化學(xué)或物理反應(yīng)，變化階段如何等鮮有研究?，F(xiàn)也有可以觀測(cè)到直接觀測(cè)煤成焦過(guò)程獲得煤膨脹過(guò)程壓的焦?fàn)t，但還沒(méi)有將煤炭煉焦整個(gè)過(guò)程的焦炭變化形態(tài)與微觀的數(shù)據(jù)分析相結(jié)合起來(lái)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與裝置。攝像頭是一種利用光電技術(shù)采集影像的數(shù)字視頻輸入設(shè)備。配合電腦處理，可以把外界的動(dòng)態(tài)影像輸入并保存到電腦上，還可以通過(guò)投影設(shè)備把影像投射到屏幕上，通過(guò)無(wú)線接受，可將焦?fàn)t內(nèi)部的影像信息進(jìn)行傳輸。

利用攝像頭可以將煉焦過(guò)程中的宏觀形貌清晰地展現(xiàn)出來(lái)，與檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)合，可以直接觀測(cè)到原煤中微觀組分在煉焦過(guò)程變遷行為所導(dǎo)致的宏觀形貌變化；利用圖像處理技術(shù)，獲得煤炭煉焦過(guò)程的體積變化曲線，膨脹壓力變化曲線等數(shù)據(jù)；還可以直接分析觀察煉焦過(guò)程中焦油的界面反應(yīng)，膠質(zhì)體的相態(tài)變化等現(xiàn)象；可為煉焦過(guò)程的機(jī)理研究提供一種簡(jiǎn)單的試驗(yàn)方法，對(duì)實(shí)現(xiàn)煤炭資源利用效益最大化也具有重大的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種過(guò)程可視、產(chǎn)物在線監(jiān)測(cè)的煤炭高溫?zé)峤鈱?shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法，能夠直接形象客觀的觀測(cè)由煤變焦整個(gè)過(guò)程，并快速的將各種宏觀形貌變化參數(shù)與微觀的組分改變相結(jié)合對(duì)應(yīng)起來(lái)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種過(guò)程可視、產(chǎn)物在線監(jiān)測(cè)的煤炭高溫?zé)峤鈱?shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括煉焦箱，所述煉焦箱置于焦?fàn)t中，焦?fàn)t內(nèi)設(shè)置有攝像頭，攝像頭朝向煉焦箱設(shè)置，煉焦箱面向攝像頭的一面為透明壁，攝像頭與位于焦?fàn)t外的圖像采集處理端無(wú)線通信連接；所述焦?fàn)t頂部設(shè)置有煙囪，煙囪通過(guò)管路連接有冷凝器，冷凝器的底部與儲(chǔ)存罐連接，冷凝器的頂部通過(guò)管路依次連接有濕式流量計(jì)和氣體收集袋；所述冷凝器與儲(chǔ)存罐之間的連接管路上連接有高效液相色譜檢測(cè)器，冷凝器與濕式流量計(jì)之間的連接管路上連接有煤氣在線檢測(cè)設(shè)備。

所述煉焦箱由鋼鐵制成，其透明壁為耐高溫、耐腐蝕的鋼化玻璃。

所述煉焦箱的底部裝有耐高溫、耐腐蝕的壓力檢測(cè)儀。

所述煉焦箱的頂面開設(shè)有一個(gè)煙囪連接孔和兩個(gè)溫度計(jì)插孔；所述焦?fàn)t的頂面開設(shè)有兩個(gè)溫度計(jì)安裝孔，兩個(gè)溫度計(jì)安裝孔分別與煉焦箱上的兩個(gè)溫度計(jì)插孔相對(duì)應(yīng)，且兩個(gè)溫度計(jì)安裝孔上分別安裝有一個(gè)溫度計(jì)，煙囪連接孔與焦?fàn)t頂部的煙囪相連接。

所述煉焦箱的底面安裝有萬(wàn)向輪。

所述焦?fàn)t的前后分別設(shè)有焦?fàn)t前門和焦?fàn)t后門，焦?fàn)t前門和焦?fàn)t后門外側(cè)均安裝有把手，攝像頭安裝在焦?fàn)t后門內(nèi)側(cè)。

一種過(guò)程可視、產(chǎn)物在線監(jiān)測(cè)的煤炭高溫?zé)峤鈱?shí)驗(yàn)方法，步驟如下：

步驟A，將相關(guān)煤種按照配煤方案分別經(jīng)過(guò)破碎機(jī)破碎至3mm以下規(guī)定的粒度，經(jīng)過(guò)配合并混合均勻后得到煤樣，將煤樣送至煉焦箱；

步驟B，將煉焦箱裝入焦?fàn)t，煉焦箱的透明面朝向攝像頭，煙囪連接孔跟煉焦?fàn)t煙囪相連接，兩個(gè)溫度計(jì)插孔與焦?fàn)t的兩個(gè)溫度計(jì)安裝孔相對(duì)應(yīng)；

步驟C，利用攝像頭對(duì)煉焦過(guò)程的現(xiàn)象進(jìn)行全局或局部的觀察，通過(guò)圖像采集處理端無(wú)線連接攝像頭獲得全景影像或局部特寫影像，通過(guò)圖像處理軟件，快速獲得焦塊的特征參數(shù)；

步驟D，利用煤氣在線檢測(cè)設(shè)備對(duì)粗煤氣進(jìn)行采樣，分析煉焦過(guò)程中氣體成分的變化，利用高效液相色譜檢測(cè)器對(duì)液體進(jìn)行采樣分析，分析焦油組分變化。

步驟E，對(duì)粗煤氣進(jìn)行泠凝處理，回收部分產(chǎn)品；

步驟F，熄焦處理后得焦炭。

步驟C中，所述的焦塊的特征參數(shù)包括膨脹及收縮大小、體積變化、形狀。

步驟D中，分析煉焦過(guò)程中CO₂、CO及烴類氣體的成分變化。

有益效果：本發(fā)明提供的系統(tǒng)，在攝像頭的協(xié)助下，可以直接形象客觀的觀測(cè)由煤變焦整個(gè)過(guò)程，并可快速的獲得其各種宏觀變化參數(shù)。粗煤氣的冷卻分離配合檢測(cè)系統(tǒng)的使用，符合潔凈煤技術(shù)的發(fā)展要求，綠色環(huán)保，以且此工藝較為簡(jiǎn)單，工藝條件容易實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)過(guò)程安全，具有良好的應(yīng)用前景。具體為：

1.采用的可視檢測(cè)系統(tǒng)可以觀察到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的化合反應(yīng)，煤膨脹收縮體積改變、壓力變化等肉眼可見反應(yīng)現(xiàn)象，結(jié)合氣相和液相的在線數(shù)據(jù)分析，能夠很好地將宏觀形貌改變與微觀的組分變化相聯(lián)系結(jié)合，并一一相對(duì)應(yīng)起來(lái)，為各種反應(yīng)過(guò)程現(xiàn)象的解釋提供更加可靠的理論依據(jù)。為配煤煉焦，煉焦過(guò)程升溫速率變化等焦化條件的參數(shù)變化的探討提供了一種簡(jiǎn)便的研究方法，使得煉焦過(guò)程形象可視，對(duì)各種反應(yīng)現(xiàn)象的理論探討更加的方便快捷，從而得到更好的焦炭。

2.煤受熱產(chǎn)生的膠質(zhì)體及性質(zhì)決定了半焦粘結(jié)性的好壞，液相是形成膠質(zhì)體的基礎(chǔ)，故對(duì)其形成、膨脹、縮聚、固化等過(guò)程的觀察具有重要的意義。

3.隨著煉焦過(guò)程的進(jìn)行，產(chǎn)生的反應(yīng)不同，煤炭相貌變化很大，煙氣的產(chǎn)生量也在不斷地變化，通過(guò)對(duì)所采集圖形的處理可以獲得不同升溫階段的膨脹體積、壓力的變化曲線圖，通過(guò)分析檢測(cè)儀器可以獲得各組分的變化曲線。綜合各種數(shù)據(jù)圖像，可以更好的對(duì)溫度進(jìn)行控制，也可以對(duì)所得焦炭的質(zhì)量做出初步判斷，簡(jiǎn)化最佳煉焦參數(shù)研究的步驟。

4.鋼鐵煉焦箱的使用，使得實(shí)驗(yàn)前后的物質(zhì)稱量更加精準(zhǔn)，也方便了配合粉煤的裝爐和出焦，保持焦?fàn)t內(nèi)部的潔凈。其底部的萬(wàn)向輪方便推入焦?fàn)t及位置的調(diào)整。

5.將分析裝置對(duì)氣體液體的在線分析，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理可直接獲得微觀組分的變化圖像，與結(jié)合可視化圖像相結(jié)合，使得微觀結(jié)構(gòu)與宏觀現(xiàn)象一一相對(duì)應(yīng)，為各種反應(yīng)現(xiàn)象的解釋提供理論依據(jù)。

6.粗煤氣的冷卻分離采用冷水循環(huán)冷凝設(shè)備，對(duì)氣、液體進(jìn)行收集，具有環(huán)保意義。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為煉焦箱和焦?fàn)t的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-煤樣；2-煉焦箱；3-焦?fàn)t；4-透明壁；5-煙囪；6-溫度計(jì)；7-攝像頭；8-冷凝器；9-儲(chǔ)存罐；10-濕式流量計(jì)；11-氣體收集袋；12-煤氣在線檢測(cè)設(shè)備；13-高效液相色譜檢測(cè)器；14-圖像采集處理端；15-煙囪連接孔；16-萬(wàn)向輪；17-焦?fàn)t前門；18-焦?fàn)t后面；19-把手，20-壓力檢測(cè)儀。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示為一種過(guò)程可視、產(chǎn)物在線監(jiān)測(cè)的煤炭高溫?zé)峤鈱?shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括煉焦箱2，煉焦箱2用于放置煤樣1，所述煉焦箱2置于焦?fàn)t3中，焦?fàn)t3內(nèi)設(shè)置有攝像頭7，攝像頭7朝向煉焦箱2設(shè)置，煉焦箱2面向攝像頭7的一面為透明壁4，攝像頭7與位于焦?fàn)t3外的圖像采集處理端14無(wú)線通信連接；所述焦?fàn)t3頂部設(shè)置有煙囪5，煙囪5通過(guò)管路連接有冷凝器8，冷凝器8的底部與儲(chǔ)存罐9連接，冷凝器8的頂部通過(guò)管路依次連接有濕式流量計(jì)10和氣體收集袋11；所述冷凝器8與儲(chǔ)存罐9之間的連接管路上連接有高效液相色譜檢測(cè)器13，冷凝器8與濕式流量計(jì)10之間的連接管路上連接有煤氣在線檢測(cè)設(shè)備12。

煉焦箱2由鋼鐵制成，其透明壁4為耐高溫、耐腐蝕鋼化玻璃；煉焦箱2的底部裝有耐高溫、耐腐蝕的壓力檢測(cè)儀20。

如圖2所示，煉焦箱2的頂面開設(shè)有一個(gè)煙囪連接孔15和兩個(gè)溫度計(jì)插孔；所述焦?fàn)t3的頂面開設(shè)有兩個(gè)溫度計(jì)安裝孔，兩個(gè)溫度計(jì)安裝孔分別與煉焦箱2上的兩個(gè)溫度計(jì)插孔相對(duì)應(yīng)，且兩個(gè)溫度計(jì)安裝孔上分別安裝有一個(gè)溫度計(jì)6，煙囪連接孔15與焦?fàn)t3頂部的煙囪5相連接。

煉焦箱2的底面安裝有萬(wàn)向輪16。

焦?fàn)t3的前后分別設(shè)有焦?fàn)t前門17和焦?fàn)t后門18，焦?fàn)t前門17和焦?fàn)t后門18外側(cè)均安裝有把手19，攝像頭7安裝在焦?fàn)t后門18內(nèi)側(cè)。

下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例

煉焦過(guò)程如下：

(1)將氣煤、弱粘煤、焦煤、肥煤等按照合理的配煤方案進(jìn)行配比，并按照變質(zhì)程度粉碎到相關(guān)的粒度，約0.07～3mm左右，混合均勻裝進(jìn)煉焦箱，稱量，裝入焦?fàn)t。

(2)打開攝像頭，圖像采集處理端，煤氣在線檢測(cè)設(shè)備，高效液相色譜檢測(cè)器，冷凝器；打開焦?fàn)t的電箱，控制開關(guān)程序升溫至目標(biāo)溫度，在200～450℃階段升溫速率設(shè)定為3℃/min，450～650℃升溫速率設(shè)定為2.5℃/min，其余階段為4℃/min。

(3)升溫過(guò)程中通過(guò)圖像采集處理端及相關(guān)的軟件識(shí)別分析獲得煤塊膨脹體積變化曲線，膨脹壓力變化曲線；再通過(guò)煤氣在線檢測(cè)設(shè)備和高效液相色譜檢測(cè)器獲取各組分的變化曲線。

(4)冷凝器中的水直接排放，煤氣可用氣體收集袋收集。

根據(jù)本發(fā)明采用攝像頭及圖像采集處理端可以重現(xiàn)煉焦過(guò)程行為特性，使過(guò)程可視化，從而可以形象直觀的觀測(cè)到煤成焦過(guò)程的體積變化，膨脹壓力變化以及各種反應(yīng)的現(xiàn)象，可以提高對(duì)煤在加熱成焦過(guò)程中其膨脹特性及煤焦形態(tài)變化的認(rèn)識(shí)。

通過(guò)本發(fā)明的過(guò)程可視、產(chǎn)物在線監(jiān)測(cè)的煤炭高溫?zé)峤鈱?shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法能夠很好的檢測(cè)煤在不同溫度和不同加熱速度條件下的熱解和脫氣過(guò)程，膨脹行為及膨脹特性，將宏觀形貌改變與微觀的組分變化相聯(lián)系結(jié)合，從而為煉焦過(guò)程中煤的使用提供指導(dǎo)，同時(shí)也為解析炭化室結(jié)焦過(guò)程提供了一種新的方法。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。