一种便携式煤样控温加热实验装置及方法
【专利摘要】本发明一种便携式煤样控温加热实验装置及方法，所述装置包括：煤样罐，煤样罐中盛装有待测煤样，煤样罐外壁套设有加热器，在煤样罐两端分别设置有上端盖和下端盖，下端盖上开设有进气口，上端盖上开设有出气口和一通孔，在加热器外围套设有外层保温壳体，在外层保温壳体和加热器之间设置有进气管，进气管一端与煤样罐的下端盖上的进气口连通，另一端与空气泵连通，出气管一端与煤样罐上端盖上的出气口连通，另一端与冷却管一端连通，冷却管的另一端连接气体取样器，温度传感器穿过上端盖上通孔插设于煤样罐中。升温控温范围在室温～500℃之间，在常温起步升温阶段能够实现精确控温，误差小于1℃，控温精准；体积小重量轻，便于携带。
【专利说明】
一种便携式煤样控温加热实验装置及方法
技术领域
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[0001]本发明涉及矿山安全工程技术领域，具体涉及一种便携式煤样控温加热实验装置及方法。
【背景技术】
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[0002]煤矿煤炭自燃是当前影响煤矿安全生产和制约煤矿工作面顺利开采的一大重要灾害。在其早期防治和研究的基础工作中，必须要测定煤自燃标志性气体，即测定在不同温度下煤炭释放出的各气体成分，用于煤自燃的发展程度的预测预报工作，以保障煤矿的安全生产。
[0003]目前对煤自燃标志的气体测定一般在实验室内的加热炉或高温恒温箱中进行，是在升温控温范围在室温+10°C?500°C之间进行测定实验，将煤样罐放置于加热炉或高温恒温箱中，通过气栗和管路，再配合气相色谱仪测定出自燃标志气体的组分，但这种方法中使用的加热炉或高温恒温箱在低温阶段控温不准，实际的精度为1°C，尤其不能精确控制从常温升温起步阶段的温度，并且加热炉或高温恒温箱的体积都较大，使用起来有限制，并不便于携带至煤矿现场进行试验。
[0004]现有的另一种实验装置则是采用管式加热炉替代高温恒温箱，但成品的管式加热炉一般都是为了高温加热而设计的，标定的工作温度大都在100tC左右，就同样出现了在常温起步升温阶段不能精确控制温度的问题，这种管式加热炉一般体积较高温恒温箱稍小，但仍然存在重量过大不便于携带的问题，并不能很好的满足用户的使用需求。
[0005]因此，需要设计一种更适用的便于携带的新型煤样加热实验装置，以解决上述的问题。
【发明内容】
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[0006]本发明的目的是提供一种用于煤自燃标志气体测定的便携式煤样控温加热实验装置及方法，其升温控温范围在室温?500°C之间，在常温起步升温阶段能进行精确控温。
[0007]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]本发明提供的一种便携式煤样控温加热实验装置，包括:煤样罐，煤样罐中盛装有待测煤样，煤样罐外壁套设有加热器，用以对煤样罐进行加热，在煤样罐两端分别设置有上端盖和下端盖，用以对煤样罐进行密封，所述下端盖上开设有进气口，上端盖上开设有出气口和一通孔，在加热器外围套设有外层保温壳体，在外层保温壳体和加热器之间设置有进气管，进气管延伸至煤样罐下部，且其一端与煤样罐的下端盖上的进气口连通，进气管另一端设置在外层保温壳体的外部，与空气栗连通；出气管一端与煤样罐上端盖上的出气口连通，另一端与冷却管一端连通，所述冷却管的另一端连接气体取样器，温度传感器穿过上端盖上所述通孔插设于煤样罐中，用以实时读取煤样罐中待测煤样的温度
[0009]所述加热器上设置有控温线，所述控温线连接有控温器，用以对煤样罐加热时进行控温，所述温度传感器外接温度采集器，用以记录煤样罐中的温度变化。
[0010]所述进气管为螺旋状，并在所述加热器外侧盘旋分布。
[0011]所述冷却管为螺旋状，用以保证煤样罐中流出的高温气流的及时冷却。
[0012]在所述空气栗与进气管之间还设置有流量计，用于控制气体的流量。
[0013]所述煤样罐为圆柱形，采用不锈钢材质制成，所述上端盖和下端盖均与煤样罐螺纹连接。
[0014]所述气体取样器为微型气栗，所述气体取样器外接气相色谱仪，用以测定气体成分。
[0015]所述进气管与煤样罐、出气管与煤样罐的连接处分别设置有卡套，用以进行密封。
[0016]采用上述的便携式煤样控温加热实验装置进行煤自燃标志性气体测定的方法，具体步骤如下:
[0017]步骤一:打开空气栗，同时给加热器通电，通过进气管向煤样罐内送入空气，且通过加热器给煤样罐和进气管中的空气按预设温度进行加热；
[0018]步骤二:在加热过程中，待测煤样在不同温度时自身分解，或与栗入的空气发生化学反应，释放出不同气体，通过温度传感器实时读取煤样罐中煤样的温度；
[0019]步骤三:在读取的温度值达到或者趋近于设定温度值，且温度值趋于稳定时，通过出气管外接的气体取样器进行取样，再通过气体取样器外接的气相色谱仪测定待测煤样释放出气体的成分。
[0020]进一步地，在步骤一中，在所述空气栗与进气管之间还设置有流量计，用于控制气体的流量。
[0021 ] 进一步地，在步骤二中，所述加热器上设有控温线，所述控温线连接有控温器，用以对煤样罐进行加热时进行控温，用以实现煤样罐的升温控温范围在室温?500°C之间，且所述温度传感器外接温度采集器，用以记录煤样罐中煤样的温度变化。
[0022]本发明一种便携式煤样控温加热实验装置及方法的有益效果:升温控温范围在室温?500°C之间，在常温起步升温阶段能够实现精确控温，误差小于1°C，控温精准;体积小重量轻，便于携带;功耗小，工作安全可靠;采用煤样罐测温和加热控温双联动测温方法，将煤样罐煤样温度与加热温度相匹配，作为判定取样的标准;煤样罐采用不锈钢材质，保证加热煤样时罐体不氧化、不会对煤样产生催化作用。
【附图说明】
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[0023]图1为本发明便携式煤样控温加热实验装置的结构示意图；
[0024]图2为上端盖的俯视图；
[0025]图3为下端盖的仰视图；
[0026]图4为加热器与煤样罐外壁的温度变化曲线图；
[0027]图5为待测煤样温度随煤样罐外壁温度升高变化的曲线图；
[0028]图6为待测煤样温度趋近于煤样罐外壁温度的温度变化曲线图；
[0029]1-煤样罐，2-上端盖，3-下端盖，4-卡套，5-进气口，6_通孔，7_出气口，8_加热器，9-控温线，10-控温器，11-外层保温壳体，12-进气管，13-流量计，14-空气栗，15-出气管，16-冷却管，17-气体取样器，18-温度传感器，19-温度采集器。【具体实施方式】:
[0030]下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0031]根据图1所示，一种便携式煤样控温加热实验装置，包括:煤样罐I，煤样罐I中盛装有待测煤样，煤样罐外壁套设有加热器8，用以对煤样罐进行加热，在加热器8上设置有控温线9，所述控温线9连接有控温器10，用以对煤样罐I加热时进行控温，在本实施例中，煤样罐I为圆柱形，采用304不锈钢材质制成，在煤样罐I两端分别螺纹连接有上端盖2和下端盖3，用以对煤样罐I进行密封，如图3所示，所述下端盖3上开设有进气口 5，如图2所示，上端盖2上开设有出气口 7和一通孔6，在加热器8外围套设有外层保温壳体11，在外层保温壳体11和加热器8之间设置有螺旋状进气管12，进气管12在加热器8外侧盘旋分布，并延伸至煤样罐I下部，且其一端与煤样罐I的下端盖3上的进气口 5连通，进气管12另一端设置在外层保温壳体11的外部，与空气栗14连通；出气管15—端与煤样罐I上端盖2上的出气口7连通，另一端与冷却管16—端连通，且在所述进气管12与煤样罐1、出气管15与煤样罐I的连接处分别设置有卡套4，进一步保证煤样罐I的密封效果，所述冷却管16的另一端连接气体取样器17，所述冷却管16为螺旋状，用以保证煤样罐I中流出的高温气流的及时冷却，温度传感器18穿过上端盖2上所述通孔6插设于煤样罐I中，用以实时读取煤样罐I中待测煤样的温度，在本实施例中，温度传感器18通过测温线外接温度采集器19，用以记录煤样罐I中的温度变化，且本装置整体重量可控制为仅8.45kg，便于携带至煤矿现场进行试验，非常适用。
[0032]在所述空气栗14与进气管12之间还设置有流量计13，用于控制气体的流量。
[0033]所述气体取样器17为微型气栗，所述气体取样器外接气相色谱仪，用以测定气体成分。
[0034]采用上述的便携式煤样控温加热实验装置进行煤自燃标志性气体测定的方法，具体步骤如下:
[0035]步骤一:打开空气栗14，同时给加热器8通电，加热器8按预设温度^给煤样罐I进行加热，使得煤样罐外壁的温度随着加热器8的加热升高，进而使得煤样罐I内部盛装的待测煤样的温度也随之升高，同时加热器8还对通过进气管12向煤样罐I内送入的空气加热；
[0036]步骤二:在加热过程中，待测煤样会在不同温度时自身分解，或与栗入的空气发生化学反应，释放出不同气体，通过温度传感器18实时读取煤样罐I中煤样的当前温度t2;
[0037]如图4所示，在加热器8温度升高到预设温度时，煤样罐外壁也达到预设温度，如图5所示，在煤样罐I中的待测煤样的温度升高稍滞后于煤样罐外壁，且待测煤样温度开始时加速升高，随着升温的继续进行，待测煤样温度的升高逐渐变缓，最终使得待测煤样温度无限趋近于煤样罐外壁的温度；
[0038]步骤三:在读取的温度值t2达到或者趋近于设定温度值tl，依据tl= t2条件或煤样罐I中待测煤样温度^趋于稳定时，具体地说，即待测煤样的升温步距小于1°C的温度精度差时，通过出气管15外接的气体取样器17进行取样，再通过气体取样器17外接的气相色谱仪测定待测煤样释放出气体的成分，即可得到在温度为tiSts下待测煤样释放的各气体成分；
[0039]另外，随着待测煤样的自身分解或与栗入的空气发生化学反应，待测煤样氧化放热，此时，待测煤样的温度甚至会高于煤样罐外壁温度，通过描绘待测煤样和煤样罐外壁的温度变化曲线，如图6所示，可以看到每个温度跳跃阶段都会存在一个稳定时间段，此时待测煤样温度曲线与煤样罐外壁温度曲线产生交汇，当交汇时长满足十秒，且交汇处温度差值小于等于0.5°C时，此时，也满足取样条件，可通过出气管15外接的气体取样器17进行取样，再通过气体取样器17外接的气相色谱仪测定待测煤样释放出气体的成分。
[0040]步骤一中，在所述空气栗14与进气管12之间还设置有流量计13，用于控制气体的流量。
[0041]在步骤二中，所述加热器8上设有控温线9，所述控温线9连接有控温器10，用以对煤样罐I进行加热时进行控温，用以实现煤样罐I的升温控温范围在室温?500°C之间，且所述温度传感器18外接温度采集器19，用以记录煤样罐I中煤样的温度变化。
[0042]最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种便携式煤样控温加热实验装置，其特征在于:包括:煤样罐，煤样罐中盛装有待测煤样，煤样罐外壁套设有加热器，用以对煤样罐进行加热，在煤样罐两端分别设置有上端盖和下端盖，用以对煤样罐进行密封，所述下端盖上开设有进气口，上端盖上开设有出气口和一通孔，在加热器外围套设有外层保温壳体，在外层保温壳体和加热器之间设置有进气管，进气管延伸至煤样罐下部，且其一端与煤样罐的下端盖上的进气口连通，进气管另一端设置在外层保温壳体的外部，与空气栗连通；出气管一端与煤样罐上端盖上的出气口连通，另一端与冷却管一端连通，所述冷却管的另一端连接气体取样器，温度传感器穿过上端盖上所述通孔插设于煤样罐中，用以实时读取煤样罐中待测煤样的温度。2.根据权利要求1所述的一种便携式煤样控温加热实验装置，其特征在于:所述加热器上设置有控温线，所述控温线连接有控温器，用以对煤样罐加热时进行控温，所述温度传感器外接温度采集器，用以记录煤样罐中的温度变化。3.根据权利要求1所述的一种便携式煤样控温加热实验装置，其特征在于:所述进气管为螺旋状，并在所述加热器外侧盘旋分布。4.根据权利要求1所述的一种便携式煤样控温加热实验装置，其特征在于:所述冷却管为螺旋状，用以保证煤样罐中流出的高温气流的及时冷却。5.根据权利要求1所述的一种便携式煤样控温加热实验装置，其特征在于:在所述空气栗与进气管之间还设置有流量计，用于控制气体的流量。6.根据权利要求1所述的一种便携式煤样控温加热实验装置，其特征在于:所述煤样罐为圆柱形，采用不锈钢材质制成，所述上端盖和下端盖均与煤样罐螺纹连接。7.根据权利要求1所述的一种便携式煤样控温加热实验装置，其特征在于:所述气体取样器为微型气栗，所述气体取样器外接气相色谱仪，用以测定气体成分。8.采用权利要求1所述的便携式煤样控温加热实验装置进行煤自燃标志性气体测定的方法，其特征在于:具体步骤如下: 步骤一:打开空气栗，同时给加热器通电，通过进气管向煤样罐内送入空气，且通过加热器给煤样罐和进气管中的空气按预设温度进行加热； 步骤二:在加热过程中，待测煤样在不同温度时自身分解，或与栗入的空气发生化学反应，释放出不同气体，通过温度传感器实时读取煤样罐中煤样的温度； 步骤三:在读取的温度值达到或者趋近于设定温度值，且温度值趋于稳定时，通过出气管外接的气体取样器进行取样，再通过气体取样器外接的气相色谱仪测定待测煤样释放出气体的成分。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:在步骤一中，在所述空气栗与进气管之间还设置有流量计，用于控制气体的流量。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:在步骤二中，所述加热器上设有控温线，所述控温线连接有控温器，用以对煤样罐进行加热时进行控温，用以实现煤样罐的升温控温范围在室温?500°C之间，且所述温度传感器外接温度采集器，用以记录煤样罐中煤样的温度变化。
【文档编号】G01N25/20GK106018468SQ201610296848
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】李宗翔, 高磊, 李腾, 王双勇, 王雅迪, 王天明, 吴邦大, 路宝生
【申请人】辽宁工程技术大学