快速煤质热重分析仪的研制

　　具有良好稳定性和准确性的基于热重分析技术的煤质分析仪应用最广。基于热重红外技术的煤质分析仪基本上采用双炉膛加热,其中低温炉膛进行水分和灰分的检测,高温炉膛进行挥发分的检测,但在进行挥发分检测时只能加热单个试样[1、2]。在进行多试样检测时,需要按顺序将试样放入高温炉膛,这种工艺流程不能满足快速检测要求。若能同时检测多个试样的挥发分,将大幅缩短检测时间。基于快速检测的思想,本文提出了一种多试样可同时检测的快速煤质热重分析仪。

　　1　快速煤质热重分析仪的结构

　　①　技术解决方案

　　快速煤质热重分析仪采用热重分析方法,炉膛为双炉膛一体结构,由测试水分的下炉体和测试挥发分、灰分的上炉体组成(结构见图1)。上炉体为双环形空腔炉,下炉体中布置多试样托样盘和称样杆,托样盘通过中心杆与机架传动机构连接,称样杆与高精密电子天平连接。底部机架布置有升降机构和旋转机构。本仪器采用NI(National Instruments,美国国家仪器公司)虚拟仪器技术进行控制和编程,实现高精密的数据检测。快速煤质热重分析仪器的主要工艺流程为:多试样水分同时测试、多试样挥发分同时测试、多试样灰分同时测试。

　　②　结构

　　快速煤质热重分析仪器由挥发分、灰分测试炉(上炉体)和水分测试炉体(下炉体)组成[3、4]。在上炉体安装有通气孔用于气压平衡和散热,发热体用于炉体加热,热电偶用于测量温度,在炉墙壁装有数控流量计用于控制氧气和氮气流量,有一路分支通向下炉体。文献[5]规定,上炉体在测试挥发分时温度为(900±10)℃,炉内通入氮气;在测试灰分时温度为(815±10)℃,炉体内通入氧气。下炉体测试水分时温度为105~110℃,炉内通入氮气。

　　多试样托样盘开有若干个圆孔,用于放置坩埚。托样盘通过安装于其底部的中心杆与螺旋总成连接,驱动托样盘上升和下降,通过称样杆利用电子天平进行称量。下炉体还安装有发热体,热电偶用于测量温度。

　　快速煤质热重分析仪的机械传动机构包括升降机构和旋转机构。升降机构由升降电机、齿轮组、丝杆和螺旋总成组成,升降的行程由光电行程开关控制。旋转机构由步进电机、螺旋总成和中心杆组成,旋转的定位通过步进电机的控制器及数据卡由计算机控制。

　　③　主要机构及装置的功能

　　a.升降机构,功能为驱动托样盘的上升和下降。力传递过程为:升降电机、齿轮组、丝杆、螺旋总成、托样盘。

　　b.旋转机构,功能为驱动托样盘的旋转和定位。力传递过程为:步进电机、中心杆、托样盘。