一种煤焦与熔渣壁面反应的可视化实验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种煤焦与熔渣壁面反应的可视化实验系统，包括观测设备和反应炉，所述反应炉包括热电偶、炉体和炉体内形成的炉腔，所述热电偶穿过所述炉体伸入炉膛；所述炉膛内设有耐高温托盘，所述耐高温托盘与水平面呈15°‑30°倾斜设置；在所述耐高温托盘上方的炉体上设有焦炭进料口，在所炉体的侧壁上设有玻璃观察窗，在所述耐高温托盘上方的炉体上设有还原气氛进气口，下方的炉体上设有排气口，以排出炉膛内的气体；所述观测设备用于对所述耐高温托盘上表面进行观测。本实用新型专利技术解决了煤焦在熔渣壁面处反应与运动行为的实时原位检测问题，为充分研究气化反应机理提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种煤焦与熔渣壁面反应的可视化实验系统
本技术属于煤气化领域，具体涉及一种煤焦与熔渣壁面反应的可视化实验系统。
技术介绍
煤气化过程中熔渣流动不仅影响气化炉稳定运行和高效运转，熔渣中残碳产生还将降低气化效率。残碳与煤中矿物质在冷却结渣过程中形成熔融结晶，结晶稳定不易破坏，提高了残碳分离的难度。由于热态运行时气化炉内环境十分复杂，受到研究手段的限制，目前尚没有可完全掌握气化炉壁面颗粒沉积规律的实验装置。利用可视化实验系统模拟煤焦颗粒在熔渣壁面处反应，配合相关专业设备，能够直观原位的获取煤焦在熔渣壁面处的颗粒沉积、壁面颗粒反应、熔渣流动、结晶行为和碳渣反应等气固、液固和气液之间的复杂过程，为气化反应机理提供依据。目前还未发现关于煤焦与熔渣壁面反应过程的成熟实验系统。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种煤焦与熔渣壁面反应的可视化实验系统，以解决煤焦在熔渣壁面处反应与运动行为的实时原位检测问题，为充分研究气化反应机理提供依据。为实现上述专利技术目的，本技术采用以下技术方案：一种煤与熔渣壁面反应的可视化实验系统，其特征在于，所述可视化实验系统包括观测设备和反应炉，所述反应炉包括热电偶、炉体和炉体内形成的炉腔，所述热电偶穿过所述炉体伸入炉膛以便监测炉膛内的温度；所述炉膛内设有耐高温托盘，所述耐高温托盘与水平面呈15°-30°，比如20-25°，倾斜设置；在所述耐高温托盘上方的炉体上设有焦炭进料口，以便焦炭进料可以至少部分落在所述耐高温托盘上；在所述炉体的侧壁上设有玻璃观察窗，所述玻璃观察窗的位置设置在能够通过所述玻璃观察窗看见所述耐高温托盘上表面的位置；在所述耐高温托盘上方的炉体上设有还原气氛进气口，以维持炉膛内的还原气氛；在所述耐高温托盘下方的炉体上设有排气口，以排出炉膛内的气体；所述观测设备通过所述玻璃观察窗对准所述耐高温托盘上表面设置，包括高速相机和光谱相机中的一种或多种，用于对所述耐高温托盘上表面进行观测。根据本技术的可视化实验系统，在一种实施方式中，所述可视化实验系统还包括料仓、螺杆进料器和进料管，其中，所述料仓用于向所述螺杆进料器供应焦炭，所述螺杆进料器用于在氮气作为载气的辅助下将焦炭经所述进料管送入所述炉膛，所述进料管通过法兰连接至所述焦炭进料口。根据本技术的可视化实验系统，在一种实施方式中，所述炉体包括外壳和内衬的耐火材料，其中，所述外壳为双层不锈钢筒体，所述外壳的上端设有冷却水排水口、下端设有冷却水进水口，以便通水冷却所述外壳四周。根据本技术的可视化实验系统，在一种实施方式中，所述炉体上还设有炉门，以便于炉膛内耐高温托盘的取放。根据本技术的可视化实验系统，在一种实施方式中，所述玻璃观察窗设置在所述炉门上。根据本技术的可视化实验系统，在一种实施方式中，所述炉门包括可通水进行冷却的双层壳体以及内衬的耐火材料；所述玻璃观察窗所在处设有氮气吹扫管，用于吹扫清洁对所述玻璃观察窗的内表面。根据本技术的可视化实验系统，在一种实施方式中，所述反应炉以硅碳棒作为加热元件进行加热，所述硅碳棒在炉膛内靠近耐高温托盘设置。根据本技术的可视化实验系统，在一种实施方式中，所述耐高温托盘为陶瓷板，其上表面上铺设有气化灰以便形成熔渣壁面，进而与煤焦接触以便研究两者之间的反应，所述耐高温托盘通过底部垫放的耐火砖放置在炉膛内；所述气化灰可以是粗煤气中所夹带的灰，比如颗粒直径可以穿过100目甚至200目标准筛筛孔的的灰，以便更好的反应便于观测。根据本技术的可视化实验系统，在一种实施方式中，所述法兰内设有冷却水通道以便冷却、保护连接处。与现有技术相比，本技术具有以下优点：本技术的用于煤焦与熔渣壁面反应的可视化实验系统，通过可视化窗口实时监测煤焦反应过程中的特征变化，并通过利用高温电加热元件模拟气化炉内高温环境；同时，针对气化炉内还原性气氛设置问题，引入还原性气体使煤焦与熔渣在还原性气氛下发生反应；另外，对于焦炭与熔渣壁面反应过程监控问题，由于焦炭内含有Na、K等碱金属元素，且在反应过程中产生OH*等自由基，而在自由基激发过程中会产生相应的光谱信号，因此通过设置高光谱系统及紫外系统实时监控反应过程，并利用高分辨率相机分析各过程的特征变化。附图说明图1为本技术的可视化实验系统的示意图；图2为反应炉的简略示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术进行详细说明，但本技术并不仅限于此。在本技术中，所述的“上”“下”“左”“右”“前”“后”均为参照附图中的方向而言。如图1和2所示，本技术的煤与熔渣壁面反应的可视化实验系统包括反应炉1和观测设备2，所述反应炉1包括热电偶10、炉体11和炉体内形成的炉腔12，所述热电偶10，比如铂铑热电偶，穿过所述炉体11伸入炉膛12以便监测炉膛内的温度；所述炉膛12内设有耐高温托盘18，所述耐高温托盘18与水平面呈15°-30°倾斜设置，比如20或25°；在所述耐高温托盘18上方的炉体11上设有焦炭进料口13，以便焦炭进料可以至少部分落在所述耐高温托盘18上；在所述炉体11的侧壁上设有玻璃观察窗16，比如石英玻璃观察窗，所述玻璃观察窗16的位置设置在能够通过所述玻璃观察窗16看见所述耐高温托盘18上表面的位置；所述耐高温托盘18可以为陶瓷板，通过底部垫放的耐火砖19放置在炉膛12内，当然也可以采用其他方式固定设置在炉膛内。在一个实施例中，所述炉体11包括外壳和内衬的耐火材料，其中，所述外壳为双层不锈钢筒体，比如304不锈钢，所述外壳的上端设有冷却水排水口(图中未示出)、下端设有冷却水进水口(图中未示出)，以便通水冷却所述外壳四周。所述炉体11上还设有炉门17，以便于炉膛12内耐高温托盘18的取放，所述玻璃观察窗16设置在所述炉门17上。所述炉门17包括可通水进行冷却的双层壳体以及内衬的耐火材料；所述玻璃观察窗16所在处设有氮气吹扫管(图中未示出)，用于吹扫清洁对所述玻璃观察窗16的内表面，以便观测。所述耐火材料可以为多晶莫来石纤维，具有耐火度高、保温性好等特点，并采用真空浇铸成型工艺制成。在所述耐高温托盘18上方的炉体11上设有还原气氛进气口14，可以通过法兰与外界气源连接，以便引入一氧化碳和二氧化碳以维持炉膛12内的还原气氛；在所述耐高温托盘18下方的炉体11上设有排气口15，以排出炉膛12内的气体。排出的气体可以经冷却后焚烧处理。所述观测设备2通过所述玻璃观察窗16对准所述耐高温托盘18上表面设置，包括高速相机和光谱相机中的一种或多种，用于对所述耐高温托盘18上表面进行观测，观察数据存储于电脑以便分析。比如利用光谱相机结合拍摄熔渣壁面处(即陶瓷板表面)煤焦颗粒沉积过程中OH*等自由基二维分布变化特征，并根据自由基强度对煤焦颗粒表面反应区和温度分布进行表征，以分析熔渣壁面的煤焦颗粒升温过程中内部挥发分反应过程。利用高光谱相机系统实时拍摄煤焦颗粒在熔渣壁面反应过程中K*本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤焦与熔渣壁面反应的可视化实验系统，其特征在于，所述可视化实验系统包括观测设备和反应炉，所述反应炉包括热电偶、炉体和炉体内形成的炉腔，所述热电偶穿过所述炉体伸入炉膛以便监测炉膛内的温度；所述炉膛内设有耐高温托盘，所述耐高温托盘与水平面呈15°-30°倾斜设置；在所述耐高温托盘上方的炉体上设有焦炭进料口，以便焦炭进料可以至少部分落在所述耐高温托盘上；在所述炉体的侧壁上设有玻璃观察窗，所述玻璃观察窗的位置设置在能够通过所述玻璃观察窗看见所述耐高温托盘上表面的位置；/n在所述耐高温托盘上方的炉体上设有还原气氛进气口，通过法兰与外界气源连接，以维持炉膛内的还原气氛；在所述耐高温托盘下方的炉体上设有排气口，以排出炉膛内的气体；/n所述观测设备通过所述玻璃观察窗对准所述耐高温托盘上表面设置，包括高速相机和光谱相机中的一种或多种，用于对所述耐高温托盘上表面进行观测。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤焦与熔渣壁面反应的可视化实验系统，其特征在于，所述可视化实验系统包括观测设备和反应炉，所述反应炉包括热电偶、炉体和炉体内形成的炉腔，所述热电偶穿过所述炉体伸入炉膛以便监测炉膛内的温度；所述炉膛内设有耐高温托盘，所述耐高温托盘与水平面呈15°-30°倾斜设置；在所述耐高温托盘上方的炉体上设有焦炭进料口，以便焦炭进料可以至少部分落在所述耐高温托盘上；在所述炉体的侧壁上设有玻璃观察窗，所述玻璃观察窗的位置设置在能够通过所述玻璃观察窗看见所述耐高温托盘上表面的位置；
在所述耐高温托盘上方的炉体上设有还原气氛进气口，通过法兰与外界气源连接，以维持炉膛内的还原气氛；在所述耐高温托盘下方的炉体上设有排气口，以排出炉膛内的气体；
所述观测设备通过所述玻璃观察窗对准所述耐高温托盘上表面设置，包括高速相机和光谱相机中的一种或多种，用于对所述耐高温托盘上表面进行观测。


2.根据权利要求1所述的可视化实验系统，其特征在于，所述可视化实验系统还包括料仓、螺杆进料器和进料管，其中，所述料仓用于向所述螺杆进料器供应焦炭，所述螺杆进料器用于在氮气作为载气的辅助下将焦炭经所述进料管送入所述炉膛，所述进料管通过法兰连接至所述焦炭进料口。

【专利技术属性】
技术研发人员：宋旭东，于广锁，苏暐光，白永辉，王焦飞，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：新型
国别省市：宁夏;64