一种在线测试生物质灰烧结特性的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属生物质资源利用技术领域，提供一种在线测试生物质灰烧结特性的装置及方法，由温度控制系统、气体控制系统和信息采集与处理系统组成；温度控制系统为耐高温绝缘外壳内水平连接样品管道，样品管道两端伸出耐高温绝缘外壳；耐高温绝缘外壳内部的样品管道外壁设加热元件，加热元件上部通过热电偶与耐高温绝缘外壳外部的温控仪连接；热电偶的下方、样品管道内部设安装灰柱的灰柱支架，样品管道前端通过法兰连接耐高温视窗，后端法兰密封；伸出耐高温绝缘外壳外部的样品管道前段通过进气管路连接气体发生器，后段设出气管路；信息采集与处理系统为设于耐高温视窗前的摄像机，摄像机连接计算机信息处理系统。操作方法简单，烧结温度测试准确。结温度测试准确。结温度测试准确。

A device and method for on-line testing the sintering characteristics of biomass ash

【技术实现步骤摘要】
一种在线测试生物质灰烧结特性的装置及方法


[0001]本专利技术属于生物质资源利用
，具体涉及一种在线测试生物质灰烧结特性的装置及方法。

技术介绍

[0002]生物质属于零碳、可再生资源，其高效利用是缓解我国化石资源危机、优化能源结构、降低CO2排放的重要途径之一，契合我国“双碳”发展目标。热转化技术是实现生物质资源大规模和高效利用的重要技术之一，而生物质灰渣的高温烧结熔融特性是决定锅炉或者气化炉长周期稳定运行的关键因素。锅炉/气化炉的操作温度应与生物质灰的烧结熔融特性相匹配，如果操作温度过高易导致结渣、失流、堵渣、耐材腐蚀等问题，如果操作温度过低，则气化效率降低。因此，生物质灰的高温烧结熔融特性的准确测试及评价对指导气化炉稳定运行具有重要意义。
[0003]烧结是指固体颗粒在表面能作用下颗粒间发生聚集，排出气孔，在宏观上表现为体积收缩，强度增加。根据烧结过程可分为固相烧结和液相烧结。对于富含低熔点碱金属矿物质的生物质灰，其高温下的液相烧结行为是导致其结渣、积灰等与灰相关的问题的关键。
[0004]目前，生物质灰烧结特性的测试方法主要由三种：（1）通过分析生物质灰的化学组成，得到一些特定指标，如碱酸比、生物质灰中碱金属含量等；根据指标的范围确定灰的烧结特性，如轻微烧结、中等烧结、严重烧结等；（2）根据灰熔融温度预测灰的烧结温度；灰熔融温度是根据三角形灰锥在特定连续升温条件下发生特定形变的温度，包括初始变形温度、软化温度、半球温度和流动温度，其中把变形温度作为初始烧结温度预测值；（3）抗压强度测试方法，即将生物质灰制成若干灰柱，并在不同温度下进行热处理；利用压力测试机对冷却后的灰渣进行抗压测试，得到抗压强度。经过多次实验得到，抗压强度和温度的曲线并做图，其中压强突变点为烧结温度。
[0005]然而，上述三种方法仍存在以下缺点，导致其无法满足工业应用。主要表现在：（1）方法一，生物质灰中含有大量易挥发元素，如钾、钠、钙、镁、氯、硫等，高温下这些元素的挥发将极大改变高温下生物质灰的化学组成，因此很难通过灰的化学组成，预测其烧结温度；（2）方法二，根据灰熔融温度测试程序和结果分析依据，变形温度为锥尖变圆的温度，在此温度下，灰中已生成大量液相，即液相烧结反应已经开始；（3）方法三，其操作程序繁琐，工作量大，准确度依赖灰柱热处理的温度间隔和抗压测试程序，且该方法无法实现在线表征，无法获得高温下生物质灰的烧结特性。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有生物质灰烧结温度测定装置和测试方法中存在的不足，提供一种在线测试生物质灰烧结特性的装置及方法，在升温过程中，对生物质灰柱的轮廓变化进行实时记录和分析，获得生物质灰柱面积与温度的收缩曲线；根据生物质灰收缩曲线对温度的二次导数，确定烧结起始温度和烧结速率。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是：一种在线测试生物质灰烧结特性的装置，该装置由温度控制系统、气体控制系统和信息采集与处理系统组成；所述温度控制系统为耐高温绝缘外壳内水平连接样品管道，样品管道两端伸出耐高温绝缘外壳；耐高温绝缘外壳内部的样品管道外壁设置加热元件，加热元件上部通过热电偶与耐高温绝缘外壳外部的温控仪连接；在热电偶的下方、样品管道内部设置灰柱支架，灰柱支架上安装灰柱；样品管道前端通过法兰连接耐高温视窗，后端通过法兰密封；所述气体控制系统为伸出耐高温绝缘外壳外部的样品管道前段通过进气管路连接气体发生器，后段设置出气管路；所述信息采集与处理系统为设置于耐高温视窗前的摄像机，摄像机连接计算机信息处理系统。
[0008]所述样品管道中空管道，加热元件温度为1200℃
‑
1600℃，样品管道为高纯刚玉管，加热元件为硅钼棒。所述摄像机为CCD摄像机。
[0009]所述灰柱直径为3
‑
12 mm，高度为3
‑
15 mm。
[0010]利用所述在线测试生物质灰烧结特性的装置进行在线测试生物质灰烧结特性的方法，具体方法如下：（1）制备生物质灰柱：将生物质破碎至≤200目，根据ASTM E1755
‑
01标准制备575
ꢀ±
25℃的生物质灰；利用不锈钢圆柱模具和压片机制备生物质灰柱，压力为0.1
‑
5 Mpa，压片时间为0.1
‑
10 min；（2）将灰柱置于灰柱支架上，并置于样品管道的中心处恒温区；（3）开启气体发生器，通过控制气体含量控制样品烧结过程的气氛性质；（4）通过温控仪控制样品管道内温度，同时，温控仪将温度和时间信息传输至计算机信息处理系统；（5）通过摄像机对灰柱的相貌变化进行实时采集，并将该信息传输至计算机信息处理系统；（6）根据计算机信息处理系统得到的灰柱形貌变化与温度和时间关系，选择性作出灰柱形状变化率与温度或灰柱形状变化率与时间的关系；（7）根据形状变化率对温度的二阶导数确定灰柱发生烧结的起始温度和烧结速率。
[0011]与现有的灰烧结特性的表征设备，如灰熔点仪、热机械分析仪、X射线荧光光谱仪相比，本测试装置具有成本低（可低于1.5万元）、操作简单、适用于不同气氛，包括氧化性气氛、惰性气氛和还原性气氛而现有装置无法适用还原性气氛；与现有烧结特性的测试方法相比，本测试方法具有测试条件设置灵活、结果准确，可视化在线表征等优点。
附图说明
[0012]图1为本专利技术所述在线测试生物质灰烧结特性的装置的结构示意图；图中：1
‑
耐高温绝缘外壳；2
‑
加热元件；3
‑
热电偶；4
‑
温控仪；5
‑
样品管道；6
‑
法兰；7
‑
耐高温视窗；8
‑
摄像机；9
‑
计算机信息处理系统；10
‑
气体发生器；11
‑
进气管路；12
‑
出气管路；13
‑
灰柱；14
‑
灰柱支架；图2为高温下灰柱的照片；图中：A为实施例1中灰柱照片；B为实施例2中灰柱照片；
图3 为实施例1生物质灰的烧结温度与形状变化关系图；图4为实施例2生物质灰的烧结温度与形状变化关系图。
具体实施方式
[0013]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0014]除非另有定义，所有在此使用的技术和科学术语，和本专利技术所属领域内的技术人员所通常理解的意思相同，在此公开引用及他们引用的材料都将以引用的方式被并入。
[0015]本领域技术人员意识到的通过常规实验就能了解到的描述的特定实施方案的等同技术，都将包含在本申请中。
[0016]下述实施例中的实验方法，如无特殊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在线测试生物质灰烧结特性的装置，其特征在于：该装置由温度控制系统、气体控制系统和信息采集与处理系统组成；所述温度控制系统为耐高温绝缘外壳（1）内水平连接样品管道（5），样品管道（5）两端伸出耐高温绝缘外壳（1）；耐高温绝缘外壳（1）内部的样品管道（5）外壁设置加热元件（2），加热元件上部通过热电偶（3）与耐高温绝缘外壳（1）外部的温控仪（4）连接；在热电偶（3）的下方、样品管道（5）内部设置灰柱支架（14），灰柱支架（14）上安装灰柱（13）；样品管道（5）前端通过法兰（6）连接耐高温视窗（7），后端通过法兰密封；所述气体控制系统为伸出耐高温绝缘外壳（1）外部的样品管道（5）前段通过进气管路（11）连接气体发生器（10），后段设置出气管路（12）；所述信息采集与处理系统为设置于耐高温视窗（7）前的摄像机（8），摄像机（8）连接计算机信息处理系统（9）。2.根据权利要求1所述的一种在线测试生物质灰烧结特性的装置，其特征在于：所述样品管道（5）中空管道，加热元件温度为1200℃
‑
1600℃，样品管道为高纯刚玉管，加热元件为硅钼棒。3.根据权利要求1所述的一种在线测试生物质灰烧结特性的装置，其特征在于：所述摄像机（8）为CCD摄像机。4.根据权利要求1所述的一种在线测试生物质灰烧结特性的装置，其特征在于：所述灰柱直径为3
‑
12 mm，高度为3
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：贺冲，郭晶，秦育红，杜雨佳，蔡兴瑞，卫月星，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：