[发明专利]一种定量评价除焦效率的装置及评价方法

权利要求书

1.一种定量评价除焦效率的装置，其特征在于，所述装置包括电炉(1)、测温装置(2)、高速摄像装置(3)、除焦剂混合装置(4)、耐高温抗氧化称量装置(5)、计算机(6)；

所述电炉(1)内部设有炉膛(1d)，炉膛(1d)内设有恒温平台(1c)，恒温平台(1c)上设置坩埚(1e)；测温装置(2)用于监控坩埚(1e)的温度；坩埚(1e)上方的炉膛(1d)内部设有高速摄像装置(3)、第一惰性气体管道(1h)、雾化喷嘴(1j)，第二惰性气体管道(5e)与耐高温抗氧化称量装置(5)相连接；雾化喷嘴(1j)通过第四管道(4i4)与除焦剂混合装置(4)相连接；

所述测温装置(2)、高速摄像装置(3)、除焦剂混合装置(4)、耐高温抗氧化称量装置(5)分别与计算机(6)相连接；

所述高速摄像装置(3)包括相连接的高速摄像头(3a)、三维电动坐标平台(3b)，三维电动坐标平台(3b)位于炉膛(1d)外，高速摄像头(3a)在冷却设施保护下深入炉膛(1d)内；所述电炉(1)包括自外而内依次设置的保温层(1b)、加热层(1a)；

所述除焦剂混合装置(4)包括雾化介质供给装置(4h)、除焦剂容器(4a)、除焦剂定量可调配给装置(4b)，除焦剂容器(4a)通过第一管道(4i1)连接除焦剂定量可调配给装置(4b)，雾化介质供给装置(4h)通过管道连接三通混合装置(4d)，除焦剂定量可调配给装置(4b)通过管道连接三通混合装置(4d)，三通混合装置(4d)与第四管道(4i4)相连接；

所述除焦剂定量可调配给装置(4b)与三通混合装置(4d)之间的管道上设有第一流量计(4c)；所述雾化介质供给装置(4h)与三通混合装置(4d)之间的管道上设有第二流量计(4g)、调节阀门(4f)、压力表(4e)；

所述耐高温抗氧化称量装置(5)包括耐高温容器(5a)、以及耐高温容器(5a)上的盖板(5b)，耐高温容器(5a)内设有高精度天平(5d)，所述第二惰性气体管道(5e)末端伸入耐高温容器(5a)内，气体分析装置(5f)末端伸入耐高温容器(5a)内；盖板(5b)上设有通气孔(5c)、第二窥视孔(5g)；

所述炉膛(1d)上设有炉膛顶盖(1f)，炉膛顶盖(1f)上设有第一窥视孔(1g)；炉膛顶盖(1f)上设置高速摄像装置(3)、第一惰性气体管道(1h)、第四管道(4i4)、气体分析装置(5f)。

2.根据权利要求1所述的一种定量评价除焦效率的装置，其特征是，所述第一流量计(4c)、除焦剂定量可调配给装置(4b)、雾化介质供给装置(4h)、第二流量计(4g)、调节阀门(4f)、压力表(4e)、三维电动坐标平台(3b)均与计算机相连。

3.一种定量评价除焦效率的方法，其特征在于，所述评价方法包括以下步骤：

(1)电炉制备焦块；

(2)制备除焦剂混合液雾化喷洒到焦块上；

(3)记录并分析焦块爆裂时的图像；

(4)对爆裂后从焦块上脱落的碎块进行称重；

(5)对爆裂后脱落的碎块及焦块进行微观分析；除焦过程损耗评估。

4.根据权利要求1-2任意一项权利要求所述的一种定量评价除焦效率的装置的操作方法，其特征在于，具体包括如下步骤为：

①对电炉(1)加热然后保持在测试温度，并通过第一惰性气体管道(1h)持续通入惰性气体，炉膛(1d)内的气体从第一窥视孔(1g)溢出，待气体分析孔(1i)引出的气体经分析确定炉膛(1d)内部几乎没有氧气后，将装有成分为未燃尽炭和燃尽灰的焦块的坩埚(1e)从炉膛(1d)的上方通过第一窥视孔(1g)垂直放入恒温平台(1c)上进行预定时间的加热；

选择测试除焦剂放入除焦剂容器(4a)中，除焦剂由除焦剂定量可调配给装置(4b)经第一管道(4i1)抽入第二管道(4i2)中，第一流量计(4c)测出其流量，辅助计算机(6)控制除焦剂定量可调配给装置(4b)持续输出测试所需的除焦剂流量(Q_m,ch)；选择测试所需雾化介质由雾化介质供给装置(4h)流入第三管道(4i3)，第二流量计(4g)测得其流量(Q_m,g)，压力表(4e)测得其压力，辅助计算机(6)控制调节阀门(4f)来调节第三管道(4i3)中的压力和流量；

之后除焦剂和雾化介质通过三通混合装置(4d)经第四管道(4i4)送入炉膛，最终通过雾化喷嘴(1j)喷洒到坩埚(1e)中，使坩埚(1e)中的焦块发生爆裂；

②高速摄像装置(3)记录并分析坩埚(1e)内爆裂时的图像：计算机(6)控制调整高速摄像头(3a)在三维电动坐标平台(3b)的坐标至合适位置，记录焦块爆裂时的图像，在计算机(6)上通过图像处理软件处理、计算得到亮度指标L-时间t曲线及爆裂时间(T)、峰值亮度指标(L_m)、平均亮度指标(L_av)；

爆裂时间T：当雾化除焦剂喷洒到焦块上后，亮度指标会先增加再减小，爆裂时间指从雾化除焦剂喷洒到焦块上开始，到亮度指标L经历逐渐变亮、再减小至喷洒雾化除焦剂前的亮度指标L₀的105％为止的时间；

③对爆裂后从焦块上脱落的碎块及焦块进行称重：预先通过第二惰性气体管道(5e)向耐高温容器(5a)中持续通入惰性气体，气体分析装置(5f)检测内部的气体成分，确保内部几乎无氧气；爆裂结束后，打开第二窥视孔(5g)，将坩埚(1e)迅速取出放到耐高温抗氧化称量装置(5)的耐高温容器(5a)内，在惰性气体氛围中分别用高精度天平(5d)称量爆裂后从焦块上脱落碎块的质量m、及其与剩余焦块的质量和M，得到除焦率η_m，同时，计算出除焦剂有效化学成分消耗量m_ch和化学有效除焦比CH；

④对爆裂后从焦块上脱落的碎块进行微观分析：分析得到爆裂后脱落的碎块的含炭量m_c，计算碎块含炭比CRE、燃料灰与未燃尽炭混合时的含炭量CRE₀、过程耗炭率π；

⑤损耗评估：根据进入炉膛前雾化介质的比焓h_g,1、吸热后雾化介质的比焓h_g,2、进入炉膛前除焦剂稀释液的比焓h_sol,1、吸热后除焦剂稀释液的比焓h_sol,2、除焦剂定量可调配给装置工作时的实际功率P₁、雾化介质供给装置工作时实际功率P₂、爆裂后从焦块上脱落碎块的质量m、爆裂时间T、除焦剂流量Q_m,ch、雾化介质流量Q_m,g和除焦剂有效含量比可得到雾化介质比损耗e_g、除焦剂稀释液比损耗e_sol、动力比损耗e_p三种损耗；其中，E_g为雾化介质损耗；E_sol,1为除焦剂稀释液损耗；E_p为持续将雾化介质和除焦剂混合后送入炉膛的耗能；

效果指标如下：

峰值亮度指标L_m：L_m＝L(t)_max；

平均亮度指标L_av：

除焦率η_m：

过程耗炭率π：

经济性指标如下：

化学有效除焦比CH：

雾化介质比损耗e_g：

除焦剂稀释液比损耗e_sol：

动力比损耗e_p：