本發(fā)明涉及一種煤自燃程序升溫研究裝置及方法。

背景技術(shù)：

我國擁有豐富的煤炭資源，而且是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國家之一，煤炭是我國的最大能源消耗品。但是，隨著我國煤炭需求量的增加，煤礦事故頻頻發(fā)生，特別是由于煤炭自燃引起的內(nèi)因火災(zāi)，不僅會(huì)燒毀大量的煤炭資源、材料和生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，嚴(yán)重危及井下人員的生命安全，影響了我國煤炭行業(yè)的發(fā)展。然而，通常在火災(zāi)發(fā)生的過程中，所產(chǎn)生的有毒有害氣體往往是導(dǎo)致井下人員窒息死亡的關(guān)鍵。因此，針對煤自然氧化產(chǎn)生的有毒有害氣體，我們需要采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控，才能進(jìn)一步保障工人們的生命安全，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展。

長久以來，煤氧化升溫產(chǎn)生的標(biāo)志性氣體濃度變化一直都廣受眾多學(xué)者的關(guān)注，很多學(xué)者對煤的低溫氧化過程進(jìn)行了相應(yīng)的研究，最常用的研究方法是利用氣相色譜儀，根據(jù)色譜柱原理來監(jiān)測煤樣程序升溫過程中所產(chǎn)生的氣體濃度變化狀況。這種儀器作為監(jiān)測手段具有直接準(zhǔn)確，誤報(bào)率低，靈敏度好等優(yōu)點(diǎn)，但是由于造價(jià)昂貴，并且受煤礦開采狀況和地質(zhì)條件的影響，應(yīng)用到指標(biāo)氣體實(shí)際性監(jiān)測中去有很大的難度。

因此，目前需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個(gè)技術(shù)問題就是：如何創(chuàng)新的提出一種系統(tǒng)或方法，能夠準(zhǔn)確的判斷煤低溫氧化進(jìn)程中所產(chǎn)生的標(biāo)志性氣體的濃度，同時(shí)確保精度高、靈敏度高、誤報(bào)率低、經(jīng)濟(jì)可行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于plc監(jiān)控的煤自燃升溫研究裝置及方法，便于研究煤低溫氧化進(jìn)程中所產(chǎn)生的標(biāo)志性氣體的濃度，靈敏度高，使用效果好。

技術(shù)方案：一種基于plc監(jiān)控的煤自燃升溫研究裝置，包括煤自燃氧化升溫系統(tǒng)和信號采集系統(tǒng)；所述煤自燃氧化升溫系統(tǒng)包含干空氣源、氮?dú)庠础⒎€(wěn)壓閥、穩(wěn)流閥、流量計(jì)、溫度傳感器、反應(yīng)室、管式爐、干燥瓶和排氣口；所述信號采集系統(tǒng)包括co傳感器、co2傳感器、plc控制器和采集數(shù)據(jù)的上位機(jī)；所述空氣源和氮?dú)庠捶謩e通過第一管路連接到反應(yīng)室的氣源入口，所述穩(wěn)壓閥、穩(wěn)流閥、流量計(jì)設(shè)置在所述第一管路上，所述反應(yīng)室的氣源出口通過第二管路連接到集氣瓶，所述co傳感器和co2傳感器設(shè)置在所述集氣瓶中，所述干燥瓶設(shè)置在第一管路上，所述排氣口設(shè)置在所述集氣瓶上，所述溫度傳感器設(shè)置在所述管式爐中，co傳感器和co2傳感器的信號輸出通過所述plc控制器，所述plc控制器連接所述采集數(shù)據(jù)的上位機(jī)。

進(jìn)一步的，所述流量計(jì)為lzb-2玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)。

進(jìn)一步的，所述co2傳感器為安費(fèi)洛t661型二氧化碳傳感器；所述co傳感器為dds一氧化碳傳感器。

基于plc監(jiān)控的煤自燃升溫研究裝置的方法，包括如下步驟：

步驟1，取煤樣3～10g放置于管式爐中的反應(yīng)室內(nèi)；

步驟2，開啟氮?dú)庠?，向裝置充入氮?dú)?，用流量?jì)控制充入流量，使其保持在20ml/min，充入時(shí)長為1小時(shí)，充入的氮?dú)鈴募瘹馄康呐艢饪谂懦觯?/p>

步驟3，控制管式爐開始預(yù)熱，然后打開信號采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)；

步驟4，開啟干空氣源，向裝置通入干空氣，用流量計(jì)控制其流量，使其通入速率維持在10ml/min，為煤樣的低溫氧化提供相應(yīng)的氧氣；

步驟5，設(shè)置管式爐升溫速率為1℃/min，并設(shè)置升溫范圍為30～250℃，開始為反應(yīng)室中的煤樣加熱；

步驟6，當(dāng)管式爐升溫至250℃時(shí)，關(guān)閉管式爐及干空氣源，同時(shí)打開氮?dú)庠?，控制通入氮?dú)饬髁繛?0ml/min，等待管式爐冷卻；

步驟7，當(dāng)管式爐溫度降至30℃時(shí)，關(guān)閉信號采集系統(tǒng)，關(guān)閉氮?dú)庠础?/p>

有益效果：本發(fā)明通過溫度控制和氣體濃度傳感器，將煤低溫氧化過程的各類待測參數(shù)信號變?yōu)殡娦盘?，通過plc控制器對信號進(jìn)行處理發(fā)送，監(jiān)控中心的上位機(jī)將plc控制器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對煤低溫氧化指標(biāo)性氣體的濃度的監(jiān)控。該研究裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，傳感器分辨率高，測量數(shù)據(jù)精確，通信方式簡單，可靠性高，能提供更加全面準(zhǔn)確的溫度、流量和標(biāo)志性氣體的參數(shù)值，使得對煤氧化升溫過程中所產(chǎn)生的指標(biāo)性氣體濃度監(jiān)測更加準(zhǔn)確。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的研究裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明研究裝置的原理示意圖；

圖中：1、干空氣源；2、氮?dú)庠矗?、穩(wěn)壓閥；4、穩(wěn)流閥；5、氣體流量計(jì)；6、溫度傳感器；7、反應(yīng)室；8、管式爐；9、干燥瓶；10、co傳感器；11、co2傳感器；12、排氣口；13、plc控制器；14、上位機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。

如圖1所示，一種基于plc監(jiān)控的煤自燃升溫研究裝置，包括煤自燃氧化升溫系統(tǒng)和信號采集系統(tǒng)，煤自燃氧化升溫系統(tǒng)包含干空氣源1、氮?dú)庠?、穩(wěn)壓閥3、穩(wěn)流閥4、流量計(jì)5、溫度傳感器6、反應(yīng)室7、管式爐8和干燥瓶9。信號采集系統(tǒng)包括co傳感器10、co2傳感器11、plc控制器13和采集數(shù)據(jù)的上位機(jī)14?？諝庠?和氮?dú)庠?分別通過第一管路連接到反應(yīng)室7的氣源入口，穩(wěn)壓閥3、穩(wěn)流閥4、流量計(jì)5設(shè)置在第一管路上，溫度傳感器6設(shè)置在管式爐8中；反應(yīng)室7的氣源出口通過第二管路連接到集氣瓶，干燥瓶9設(shè)置在第一管路上；co傳感器10和co2傳感器11設(shè)置在集氣瓶中，集氣瓶上設(shè)有排氣口12，co傳感器10和co2傳感器11的信號輸出通過plc控制器13，plc控制器13連接采集數(shù)據(jù)的上位機(jī)14。

其中，干空氣源1是一容積為40l的金屬圓柱形鋼瓶，開口密封；氮?dú)庠?為容積為40l的金屬圓柱形氮?dú)馄?，?nèi)部為純度是99.999％的高純氮，開口密封；穩(wěn)壓閥3為sbw型穩(wěn)壓閥；流量計(jì)5為lzb-2玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)；溫度傳感器6為pt100鉑熱電阻傳感器；co傳感器10為英國dds一氧化碳傳感器；co2傳感器11為安費(fèi)洛t661型二氧化碳傳感器；plc控制器13采用西門子s7-200cpu處理器。

通過控制管式爐的升溫速率，控制煤的低溫氧化進(jìn)程，利用兩個(gè)傳感器監(jiān)測接收煤低溫氧化所生成的指標(biāo)性氣體，將其參數(shù)信號變?yōu)殡娦盘?，通過plc控制器將傳感器輸出的電信號轉(zhuǎn)換成模擬量信號，進(jìn)而求得氣體濃度值的物理量信號，最終將生成氣體的濃度傳至上位機(jī)。

上述基于plc監(jiān)控的煤自燃升溫研究裝置的方法如圖2所示，首先檢查各管路的氣密性，同時(shí)測試各儀器是否能正常使用，保證操作能夠正常進(jìn)行，然后進(jìn)行如下步驟：

步驟1，取煤樣3～10g放置于管式爐中的反應(yīng)室7內(nèi)；

步驟2，開啟氮?dú)庠?，向裝置充入氮?dú)猓昧髁坑?jì)5控制充入流量，使其保持在20ml/min，充入時(shí)長為1小時(shí)，用于從集氣瓶的拍排氣口12排出裝置及煤樣中的空氣；

步驟3，控制管式爐8開始預(yù)熱，然后打開信號采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)；

步驟4，開啟干空氣源1，向裝置通入干空氣，用流量計(jì)5控制其流量，使其通入速率維持在10ml/min，為煤樣的低溫氧化提供相應(yīng)的氧氣；

步驟5，設(shè)置管式爐8升溫速率為1℃/min，并設(shè)置升溫范圍為30～250℃，開始為反應(yīng)室7中的煤樣加熱；

步驟6，當(dāng)管式爐8升溫至250℃時(shí)，關(guān)閉管式爐8及干空氣源1，同時(shí)打開氮?dú)庠?，控制通入氮?dú)饬髁繛?0ml/min，等待管式爐8冷卻；

步驟7，當(dāng)管式爐8溫度降至30℃時(shí)，關(guān)閉信號采集系統(tǒng)，關(guān)閉氮?dú)庠?。

本發(fā)明基于plc監(jiān)控的煤自燃升溫研究裝置及方法是通過為煤樣提供充足的氧氣，然后通過控制管式爐內(nèi)的溫度升高來控制煤樣的溫升速率，利用co傳感器和co2傳感器，將生成氣體的信號參數(shù)傳給plc監(jiān)控分站，進(jìn)行信號處理后傳給上位機(jī)主機(jī)，這樣就能得到在不同的溫度條件下煤低溫氧化生成指標(biāo)性氣體的不同濃度。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。