一种交变加热方式下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置及测试方法制造方法及图纸

一种交变加热方式下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置及测试方法，包括颗粒床煅烧反应实验段、交变加热系统、二氧化碳预热系统、二氧化碳冷却系统、除尘与动力系统、若干温度和压力传感器以及数据采集及控制系统。实验装置可以研究煅烧段不同交变加热方式对碳酸盐高温煅烧反应特性的影响，同时所使用的循环工质为高温煅烧反应生成的二氧化碳，有助于实现二氧化碳的资源化回收利用。

【技术实现步骤摘要】
一种交变加热方式下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置及测试方法
本专利技术属于冶金、化工等行业原料高温煅烧反应强化
，特别涉及一种交变加热方式下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置及测试方法。
技术介绍
针对冶金、化工领域中散料煅烧过程具有散料床层温度不均匀和产物质量参差不齐的特点，需要采用有效的加热方式，才能解决散料床层中存在的加热强化与温度均化相矛盾的问题，有效提高产品质量，对促进冶金、化工行业发展具有十分重要的意义。竖窑具有热效率高、产量大等优点，成为一种具有广阔应用前景的散料煅烧设备。但其内部温度均匀性问题突出，需要通过相关的实验研究进行改进。目前对于散料煅烧过程温度均化和反应强化的实验研究较少，有文献指出热流随时间以正弦式、方波式变化的加热方式有助于物料的温度均化，但仅对单颗粒进行了模拟，且模型存在很大的简化，同时交变加热方式对散料床层的作用特性尚不清晰。为此，亟需一个可用于散料床层以不同时序变化方式加热的性能测试的综合实验装置。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种交变加热方式下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置及测试方法，能够研究煅烧段交变加热方式对高温煅烧反应过程的影响。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种交变加热方式下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置，包括：实验段1，呈柱形，水平设置，在其中进行颗粒床煅烧反应；交变加热系统2，包裹实验段1，对实验段1进行交变加热；二氧化碳预热系统10，接实验段1的一端，对从该端进入实验段1的二氧化碳进行加热；二氧化碳冷却系统14，接实验段1的另一端，对从该端出实验段1的二氧化碳进行冷却；除尘与动力系统，接在二氧化碳冷却系统14和二氧化碳预热系统10之间，对冷却后的二氧化碳除尘后，送入二氧化碳预热系统10加热，形成循环；数据采集控制系统9，采集反应过程中的环境参数数据。所述实验段1内部不同的轴向位置和径向位置上布置有与数据采集控制系统9相连的温度传感器，所述实验段1进出口处布置有与数据采集控制系统9相连的压力传感器。所述交变加热系统2包括与控制柜相连的多个环形加热炉，各环形加热炉依次包裹实验段1，所述交变加热是调节各加热炉的功率在轴向动态变化实现的。所述轴向动态变化为：按安装顺序，各环形加热炉的功率呈方波或正弦波变化，或者加热系统在径向做偏心往复运动。所述轴向动态变化为：通过预设每个加热炉的加热速率，调节加热炉流通电流，使实验段1表面的热流随时间发生动态变化。所述二氧化碳预热系统10包括与实验段1一端连接的管道以及包裹在该管道之外的与控制柜相连的多个环形加热炉。所述二氧化碳冷却系统14采用翅片管换热器，在换热器气侧和水侧的进口及出口管路上分别安装有与数据采集控制系统9相连的温度传感器。所述除尘与动力系统包括布袋除尘器13、离心风机11和变频器12，在离心风机11的出口处安装有与数据采集控制系统9相连的流量传感器。本专利技术以实验段1高温煅烧反应生成的二氧化碳为循环工质。本专利技术还提供了一种基于所述交变加热方式下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置的测试方法，包括：1)循环系统二氧化碳流量控制：数据采集控制系统9通过读取流量计测量进入二氧化碳预热系统10的二氧化碳流量信息，通过调节变频器12的示数，对循环系统中的二氧化碳流量进行调节，直至达到设定值；2)实验段入口二氧化碳温度控制：数据采集控制系统9通过读取温度传感器测量进入交变加热系统2前后的温度信息，通过控制柜调节交变加热系统2的功率，使交变加热系统2出口二氧化碳的温度达到设定值；3)交变加热方式的控制通过调节交变加热系统2的功率，使沿流动轴向温度呈方波或正弦变化，或者使加热系统在径向做偏心往复运动；4)高温煅烧反应产物活性及产量测量通过对实验前后实验段1的重量进行测量，换算出碳酸盐煅烧分解产物的生成量；通过将分解产物水化，并加入一定浓度的盐酸，根据一定时间下盐酸的消耗量，换算出产物的活性度。本专利技术二氧化碳循环系统流量控制：二氧化碳流量设定值根据设定的工况得到，当气体流量达不到设定值时，调节变频器，增加风机的功率。交变加热系统加热方式控制：通过调节交变加热系统中各个加热炉的功率，使沿流动方向轴向温度呈方波或正弦变化，或者使加热系统在径向做偏心往复运动。实验段入口二氧化碳温度控制：通过控制柜对每个加热炉的功率分别进行控制，使沿流动方向每个加热炉的功率逐渐升高，实现快速预热的作用，再精细调节使加热系统出口二氧化碳的温度达到设定值。高温煅烧反应产物活性及产量测量：通过对实验前后实验段的重量进行测量，可以换算出碳酸盐煅烧过程中碳酸盐的消耗量和产物生成量；将一定量的产物试样水化，同时用一定浓度的盐酸，将产物水化过程中产生的氢氧化物中和，准确记录恰好10min时盐酸的消耗量，以10min消耗盐酸的毫升数表示产物的活性度。本专利技术能够在一个实验装置上，研究各种实验段轴向和径向交变加热方式对二氧化碳气氛下碳酸盐高温煅烧分解反应的影响规律。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术一种二氧化碳气氛下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置及测试方法，能够研究二氧化碳气氛下高温煅烧过程的反应特性，弥补现有研究仅针对空气气氛的不足；2、本专利技术一种二氧化碳气氛下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置及测试方法，可以研究煅烧段不同交变加热方式对不同碳酸盐的高温煅烧反应特性的影响；3、本专利技术一种二氧化碳气氛下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置及测试方法，所使用的循环工质为高温煅烧反应的产物，可以实现产物的资源化回收利用，绿色环保无污染。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。参见图1，本专利技术的装置包括实验段1、交变加热系统2、二氧化碳预热系统10，二氧化碳冷却系统14、除尘与动力系统以及数据采集控制系统9。其中，实验段1呈柱形，水平设置，为充满碳酸盐颗粒的床层结构，在其中进行颗粒床煅烧反应；实验段1内部不同的轴向位置和径向位置上布置有与数据采集控制系统9相连的温度传感器，温度传感器在实验段1的轴向上至少等间距布置5个，用于监测实验段内轴向温度分布；在实验段1的径向布置3个，分别位于实验段中线、靠近壁面位置和1/2半径位置。实验段1进出口处布置有与数据采集控制系统9相连的压力传感器。交变加热系统2，包裹实验段1，包括与控制柜相连的多个环形加热炉，图中选择6个，分别是加热炉一3、加热炉二4、加热炉三5、加热炉四6、加热炉五7、加热炉六8，各环形加热炉依次包裹实验段1，对实验段1进行交变加热。交变加热是通过调节各加热炉的功率在轴向动态变化实现的，轴向动态变化为：按安装顺序，各环形加热炉的功率呈方波或正弦波变化，或者加热系统在径向做偏心往复运动。具体可通过预设每个加热炉的加热速率，调节加热炉流通电流，使实验段1表面的热流随时间发生动态变化。二氧化碳预热系统10，包括与实验段1一端连接的管道以及包裹在该管道之外的与控制柜相连的多个环形加热炉，二氧化碳预热系统10对从该端进入实验段1的二氧化碳进行加热。二氧化碳冷却系统14，接实验段1的另一端，采用翅片管换热器，在换热器气侧和水侧的进口及出口管路上分别安装有与数据采集控制系统9相连的温度传感器。二氧化碳冷却系统14对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交变加热方式下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置，其特征在于，包括：实验段(1)，呈柱形，水平设置，在其中进行颗粒床煅烧反应；交变加热系统(2)，包裹实验段(1)，对实验段(1)进行交变加热；二氧化碳预热系统(10)，接实验段(1)的一端，对从该端进入实验段(1)的二氧化碳进行加热；二氧化碳冷却系统(14)，接实验段(1)的另一端，对从该端出实验段(1)的二氧化碳进行冷却；除尘与动力系统，接在二氧化碳冷却系统(14)和二氧化碳预热系统(10)之间，对冷却后的二氧化碳除尘后，送入二氧化碳预热系统(10)加热，形成循环；数据采集控制系统(9)，采集反应过程中的环境参数数据。

【技术特征摘要】
1.一种交变加热方式下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置，其特征在于，包括：实验段(1)，呈柱形，水平设置，在其中进行颗粒床煅烧反应；交变加热系统(2)，包裹实验段(1)，对实验段(1)进行交变加热；二氧化碳预热系统(10)，接实验段(1)的一端，对从该端进入实验段(1)的二氧化碳进行加热；二氧化碳冷却系统(14)，接实验段(1)的另一端，对从该端出实验段(1)的二氧化碳进行冷却；除尘与动力系统，接在二氧化碳冷却系统(14)和二氧化碳预热系统(10)之间，对冷却后的二氧化碳除尘后，送入二氧化碳预热系统(10)加热，形成循环；数据采集控制系统(9)，采集反应过程中的环境参数数据。2.根据权利要求1所述交变加热方式下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置，其特征在于，所述实验段(1)内部不同的轴向位置和径向位置上布置有与数据采集控制系统(9)相连的温度传感器，所述实验段(1)进出口处布置有与数据采集控制系统(9)相连的压力传感器。3.根据权利要求1所述交变加热方式下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置，其特征在于，所述交变加热系统(2)包括与控制柜相连的多个环形加热炉，各环形加热炉依次包裹实验段(1)，所述交变加热是调节各加热炉的功率在轴向动态变化实现的。4.根据权利要求3所述交变加热方式下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置，其特征在于，所述轴向动态变化为：按安装顺序，各环形加热炉的功率呈方波或正弦波变化，或者加热系统在径向做偏心往复运动。5.根据权利要求3所述固定床高温煅烧反应的模拟实验装置，其特征在于，所述轴向动态变化为：通过预设每个加热炉的加热速率，调节加热炉流通电流，使实验段(1)表面的热流随时间发生动态变化。6.根据权利要求1所述交变加热方式下碳酸盐高温煅烧反应特性的实验装置，其特征在于，所述二氧化碳预热系...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明佳，汤松臻，于洋，刘占斌，陶于兵，张轩恺，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61