一种封闭热炉实验装置的改进装置及其实验方法与流程

本发明涉及封闭热炉实验装置，具体为一种封闭热炉实验装置的改进装置及其实验方法。

背景技术：

1、

2、目前，煤自燃氧化的研究方法包括封闭热炉实验，其中检测不同条件下co、ch4、co4等气体的生成量，以研究煤自然氧化特性的变化规律。然而，封闭热炉实验存在一个问题，即煤在封闭热炉氧化一定时间后产生的可燃气体的浓度会超过爆炸极限，从而限制了煤氧化规律研究的完整性。

3、为解决这一问题，需要一种改进装置，能够在保证实验室人员安全的条件下研究整个煤自然氧化过程。这样的改进装置将为科研学者提供更有力的实验参数，使他们能够更全面地了解煤自燃现象，以制定更有效的预防和控制措施，从而提高煤矿安全性和煤炭资源的有效利用。这种装置将有助于深化煤自燃机理的研究，为煤矿安全和资源利用提供更科学的依据。

4、基于此，本发明设计了一种封闭热炉实验装置的改进装置及其实验方法，以解决上述提到的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种封闭热炉实验装置的改进装置及其实验方法，以解决上述提到的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种封闭热炉实验装置的改进装置，包括氧化热炉、数据采集系统、控温系统、气体过滤收集系统和供风系统，所述氧化热炉包括热炉本体，所述热炉本体的内部安装有内仓，所述内仓的内部还设置有煤粉罐；

3、所述数据采集系统包括测重仪、数据采集卡和计算机，所述测重仪设置在热炉本体的顶部，所述热炉本体的外部一侧设置有数据采集卡，所述热炉本体靠近数据采集卡的外部一侧还设置有计算机；

4、所述控温系统包括气体浓度传感器和温度传感器，所述气体浓度传感器和温度传感器安装在内仓的内部一侧；

5、所述气体过滤收集系统包括流量控制器，所述流量控制器设置在热炉本体的底端，所述流量控制器远离热炉本体的一端还连接有气体存储组件；

6、所述供风系统包括手动风机，所述手动风机的一侧连接有止气阀，所述止气阀远离手动风机的一端安装有三通阀，所述手动风机远离止气阀的一端还设置有气体过滤收容器。

7、优选的，上述一种封闭热炉实验装置的改进装置中，所述内仓的顶部安装有出气组件，所述内仓的一侧设置有密封盖，所述内仓的内腔底部连接有导流板，所述内仓靠近导流板的底部连接有进气口，所述进气口与流量控制器相连接。

8、优选的，上述一种封闭热炉实验装置的改进装置中，所述煤粉罐采用绝热材质制成，所述煤粉罐的顶部悬挂有金属丝，所述金属丝与测重仪相连接，所述煤粉罐的内部还设置有热电偶。

9、优选的，上述一种封闭热炉实验装置的改进装置中，所述出气组件包括出气口a，所述出气口a安装在内仓的顶部一侧，所述内仓靠近出气口a的顶部一侧还设置有出气口b。

10、优选的，上述一种封闭热炉实验装置的改进装置中，所述气体过滤收容器的内部设置有气体过滤膜，所述气体过滤收容器的进气端口与内仓的出气口b相连通，所述气体过滤收容器的出气端口与手动风机的入口相连通。

11、优选的，上述一种封闭热炉实验装置的改进装置中，所述手动风机的出口与三通阀相连通，所述三通阀的一端与大气相连通，一端与手动风机的出口相连，所述三通阀的另一端与内仓的出气口a相连通。

12、优选的，上述一种封闭热炉实验装置的改进装置中，所述气体存储组件包括氮气瓶，所述氮气瓶的一侧安装有氧气瓶，所述氧气瓶的一侧还设置有二氧化碳气瓶，所述氮气瓶、氮气瓶和氧气瓶，所述氧气瓶的一侧还设置有二氧化碳气瓶均与流量控制器相连接。

13、优选的，上述一种封闭热炉实验装置的改进装置中，所述数据采集卡与测重仪、热电偶和温度传感器相连接，所述计算机与数据采集卡相连接。

14、本发明提出的另一种技术方案：一种封闭热炉实验装置改进装置的实验方法，包括以下步骤：

15、s1：打开内仓的左侧密封盖，放入煤样，盖紧密封盖；

16、s2：关闭内仓出气口a处的止气阀，并打开其余所有气管上的止气阀止气阀，平稳的向整个管路系统充入氮气，直至将装置中所有空气排尽；

17、s3：关闭手动风机与三通阀之间的止气阀和内仓出气口b的止气阀，打开内仓出气口a处的止气阀，继续充入氮气，确保内仓出气口a与三通阀连接的管路内充满氮气；

18、s4：待装置内所有管路的空气排尽后，通过流量控制器改变氧气与氮气或二氧化碳的比重，向内仓充入稳定的混合气体，将内仓的气体完全置换成预混气体后关闭所有止气阀并依次打开数据采集系统，设置热炉温度和样品编号，开始实验；

19、s5：实验中观察甲烷浓度，达到危险阈值后，打开内仓出气口a、出气口b管路上的止气阀，操作手动风机，将内仓的甲烷或一氧化碳气体通过蓄流的方式存贮在气体过滤收容器内，然后关闭内仓出气口a、出气口b的止气阀，继续试验直至结束；

20、s6：实验结束后将气体过滤收容器内的气体排出室外。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、1、各部件结构简单，实验操作方便、安全，适用于不同时间尺度下煤自燃氧化规律的实验研究；

23、2、实验装置采用累积的方法将甲烷或一氧化碳气体替换成氮气，解决了甲烷和一氧化碳生成量多造成实验无法安全运行的问题，大大的提高了试验过程的安全性；

24、3、实验装置采用的气体分离膜，属于物理选择性渗透膜，不会对气体的成分造成影响，现在商业气体分离膜应用的范围包括：富氮、富氧、氢回收、从天然气中除去co2和h2s，成本不高但有一定的分离系数，用于实验室的气体分离膜，可以根据分离膜的精度需要与制膜厂商沟通、定制；

25、4、气体分离膜的种类和功能有很多，可以实现o2和n2、co2与ch4、h2和n2、h2和ch4等气体的分离，所以实验装置可以根据研究的需要，改变充入煤样罐的气体成分和气体分离膜，可以安全的进行不同供气条件，不同温度条件，不同煤尘条件下的研究实验。

技术特征：

1.一种封闭热炉实验装置的改进装置，包括氧化热炉(1)、数据采集系统(2)、控温系统(3)、气体过滤收集系统(4)和供风系统(5)，其特征在于：所述氧化热炉(1)包括热炉本体(6)，所述热炉本体(6)的内部安装有内仓(7)，所述内仓(7)的内部还设置有煤粉罐(8)；

2.根据权利要求1所述的一种封闭热炉实验装置的改进装置，其特征在于：所述内仓(7)的顶部安装有出气组件(20)，所述内仓(7)的一侧设置有密封盖(21)，所述内仓(7)的内腔底部连接有导流板(22)，所述内仓(7)靠近导流板(22)的底部连接有进气口(23)，所述进气口(23)与流量控制器(14)相连接。

3.根据权利要求2所述的一种封闭热炉实验装置的改进装置，其特征在于：所述煤粉罐(8)采用绝热材质制成，所述煤粉罐(8)的顶部悬挂有金属丝(24)，所述金属丝(24)与测重仪(9)相连接，所述煤粉罐(8)的内部还设置有热电偶(25)。

4.根据权利要求3所述的一种封闭热炉实验装置的改进装置，其特征在于：所述出气组件(20)包括出气口a(26)，所述出气口a(26)安装在内仓(7)的顶部一侧，所述内仓(7)靠近出气口a(26)的顶部一侧还设置有出气口b(27)。

5.根据权利要求4所述的一种封闭热炉实验装置的改进装置，其特征在于：所述气体过滤收容器(19)的内部设置有气体过滤膜(31)，所述气体过滤收容器(19)的进气端口与内仓(7)的出气口b(27)相连通，所述气体过滤收容器(19)的出气端口与手动风机(16)的入口相连通。

6.根据权利要求5所述的一种封闭热炉实验装置的改进装置，其特征在于：所述手动风机(16)的出口与三通阀(18)相连通，所述三通阀(18)的一端与大气相连通，一端与手动风机(16)的出口相连，所述三通阀(18)的另一端与内仓(7)的出气口a(26)相连通。

7.根据权利要求6所述的一种封闭热炉实验装置的改进装置，其特征在于：所述气体存储组件(15)包括氮气瓶(28)，所述氮气瓶(28)的一侧安装有氧气瓶(29)，所述氧气瓶(29)的一侧还设置有二氧化碳气瓶(30)，所述氮气瓶(28)、氮气瓶(28)和氧气瓶(29)，所述氧气瓶(29)的一侧还设置有二氧化碳气瓶(30)均与流量控制器(14)相连接。

8.根据权利要求7所述的一种封闭热炉实验装置的改进装置，其特征在于：所述数据采集卡(10)与测重仪(9)、热电偶(25)和温度传感器(13)相连接，所述计算机(11)与数据采集卡(10)相连接。

9.根据权利要求1-8所述的一种封闭热炉实验装置改进装置的实验方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种封闭热炉实验装置的改进装置及其实验方法，涉及封闭热炉实验装置技术领域，包括氧化热炉、数据采集系统、控温系统、气体过滤收集系统和供风系统，氧化热炉包括热炉本体，热炉本体的内部安装有内仓，内仓的内部还设置有煤粉罐，数据采集系统包括测重仪、数据采集卡和计算机，测重仪设置在热炉本体的顶部，热炉本体的外部一侧设置有数据采集卡，本发明设计的实验装置各部件结构简单，实验操作方便、安全，适用于不同时间尺度下煤自燃氧化规律的实验研究，实验装置采用累积的方法将甲烷或一氧化碳气体替换成氮气，解决了甲烷和一氧化碳生成量多造成实验无法安全运行的问题，大大提高了试验过程的安全性。

技术研发人员：王明玉,高鑫浩
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11