CN218036634U - 一种煤炭元素分析仪燃烧管组件及煤炭元素分析仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种煤炭元素分析仪燃烧管组件及煤炭元素分析仪，煤炭元素分析仪燃烧管组件包括上部具有开口的燃烧管，开口为燃烧口，燃烧管由底部到顶部依次填充有：第一层高温棉、第一层刚玉球、氧化铈层、第二层高温棉、氧化镁层、三氧化钨颗粒层、第二层刚玉球，第二层刚玉球上放置有坩埚，坩埚上放置保护管，坩埚和保护管均位于燃烧管内，煤炭元素分析仪燃烧管组件还包括导氧管，导氧管贯穿保护管，且导氧管的顶部伸出燃烧口，导氧管的底部伸入坩埚内。与现有技术相比，采用本实用新型的煤炭元素分析仪燃烧管组件，燃烧管的结构为一整段直管的结构，避免了漏气问题，且不容易出现气路堵塞的问题，便于填充物的更换。
Description
技术领域
本实用新型属于可燃物质中元素含量分析技术领域，尤其涉及一种煤炭元素分析仪燃烧管组件及煤炭元素分析仪。
背景技术
在可燃物元素含量分析的计量检测工作中，煤炭元素分析仪主要是用用分析煤炭等可燃固体粉末中的碳氢氮硫等元素的含量。
现有技术中公开了一种碳氢氮元素分析仪，其燃烧管分为主燃烧管、次燃烧管、还原管三部分。其结构如图1所示，燃烧管整体形状为“U”形，主燃烧管由引导管01、坩埚02、支撑管03(位于左侧)等组成，主要是负责煤样的燃烧。次燃烧管由高温棉04、支撑管03(位于右侧)、炉试剂05、挡块06组成，主要负责燃烧后气体的净化。
现有技术的不足在于，该碳氢氮元素分析仪的组成过于复杂，分为三部分，每部分填充物较多，更换不便，容易出现漏气、气路堵塞等问题。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
基于此，本实用新型提出了一种煤炭元素分析仪燃烧管组件及煤炭元素分析仪，该实用新型旨在解决现有技术中的元素分析仪因结构复杂带来的填充物更换不便及容易出现漏气、气路堵塞的技术问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种煤炭元素分析仪燃烧管组件，包括上部具有开口的燃烧管，所述开口为燃烧口，所述燃烧管由底部到顶部依次填充有：第一层高温棉、第一层刚玉球、氧化铈层、第二层高温棉、氧化镁层、三氧化钨颗粒层、第二层刚玉球，所述第二层刚玉球上放置有坩埚，所述坩埚上放置保护管，所述坩埚和保护管均位于所述燃烧管内，所述煤炭元素分析仪燃烧管组件还包括导氧管，所述导氧管贯穿所述保护管，且所述导氧管的顶部伸出所述燃烧口，所述导氧管的底部伸入所述坩埚内。
优选的，所述坩埚整体为上端开口的圆柱管管状，所述坩埚的底壁上设有贯穿其上的底孔，所述坩埚的侧壁上设有贯穿其上的侧孔。
优选的，所述导氧管的上端为进气口，所述导氧管的下端为底部出气口，所述导氧管的靠近所述底部出气口的侧壁上均匀设有多个侧部出气口。
优选的，所述燃烧管为圆柱管，所述燃烧管由石英制成。
优选的，所述第一层高温棉的高度为8-10mm；所述第一层刚玉球的高度为3-5mm；所述氧化铈层的高度为15-20mm；所述第二层高温棉的高度为4-6mm；所述氧化镁层的高度为15-20mm；所述三氧化钨颗粒层的高度为25-30mm；所述第二层刚玉球的高度为6-8mm。
优选的，所述坩埚的高度为40mm-45mm。
优选的，所述保护管的高度60mm-65mm。
优选的，所述第一层高温棉由6-8团高温棉，经装样杆轻压并摊平至均匀覆盖所述燃烧管的底部后形成；所述第一层高温棉的质量为6-8g；所述第一层刚玉球由直径为1mm的刚玉球摊平堆垛而成，堆垛的层数为3-4层；所述氧化铈层由倒入第一层刚玉球上的15-20g氧化铈，经摇匀且摊平后形成；所述第二层高温棉由4-6团高温棉，经装样杆轻压并摊平至均匀覆盖位于其下方的所述氧化铈层后形成；所述氧化镁层由倒入所述第二层高温棉的20-30g的氧化镁颗粒，经处理至均匀分布在所述第二层高温棉上而形成；所述三氧化钨颗粒层由倒入所述氧化镁层上的30-50g三氧化钨颗粒，经推压至摊平均匀后形成；所述第二层刚玉球由倒入所述三氧化钨颗粒层上的刚玉球，经推压至摊平均匀后形成。
本实用新型还公开了一种煤炭元素分析仪，包括如上述的煤炭元素分析仪燃烧管组件，所述煤炭元素分析仪还包括进样装置，所述燃烧口的上端与所述进样装置相连。
优选的，所述煤炭元素分析仪还包括加热炉，所述燃烧管的外部与加热炉炉壁相连；所述加热炉的炉温为1100-1150℃。
(三)有益效果
本实用新型与现有技术对比，本实用新型煤炭元素分析仪燃烧管组件及煤炭元素分析仪的有益效果主要包括：
与现有技术相比，采用本实用新型的煤炭元素分析仪燃烧管组件，燃烧管的结构为一整段直管的结构，避免了漏气问题，且不容易出现气路堵塞的问题，其结构简单，需要将跟换填充物时，可直接倒出，便于填充物的更换。且采用本实用新型的煤炭元素分析仪燃烧管组件的结构，能保证炭在燃烧管内充分燃烧，碳、氢、氮、硫四种元素快速释放，排除其它元素的干扰。能够实现对碳氢氮硫元素的检测。且本实用新型的煤炭元素分析仪燃烧管组件中增加高温催化剂、氧化剂，帮助样品(尤其是难以分解的碳酸盐、硫酸盐、多肽、长脂肪链化合物、氮化物、金属化合物等)快速分解。采用本采用本实用新型的煤炭元素分析仪燃烧管组件还能去除氟、氯等卤素元素的不利影响。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：
图1为背景技术中的元素分析仪的整体结构示意图。
图2为本实用新型实施方式的煤炭元素分析仪燃烧管组件的整体结构示意图。
图3为本实用新型实施方式的煤炭元素分析仪燃烧管组件中：坩埚的结构示意图。
图4为本实用新型实施方式的煤炭元素分析仪燃烧管组件中：导氧管的结构示意图。
附图标记说明：
01.引导管，02.坩埚，03.支撑管，04.高温棉，05.炉试剂，06.挡块。
1.第一层高温棉，2.第一层刚玉球，3.氧化铈层，4.第二层高温棉，5.氧化镁层，6.三氧化钨颗粒层，7.第二层刚玉球，8.坩埚，9.保护管，10.导氧管，11.燃烧管。
111.燃烧口。
81.底孔，82.侧孔。
101.底部出气口，102.侧部出气口。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，也可以是“传动连接”，即通过带传动、齿轮传动或链轮传动等各种合适的方式进行动力连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图2-4对本实用新型的煤炭元素分析仪燃烧管组件及煤炭元素分析仪作进一步的说明。
本实用新型公开了一种煤炭元素分析仪燃烧管组件，包括上部具有开口的燃烧管11，开口为燃烧口111，燃烧管11由底部到顶部依次填充有：第一层高温棉1、第一层刚玉球2、氧化铈层3、第二层高温棉4、氧化镁层5、三氧化钨颗粒层6、第二层刚玉球7，第二层刚玉球7上放置有坩埚8，坩埚8上放置保护管9，坩埚8和保护管9均位于燃烧管11内，煤炭元素分析仪燃烧管组件还包括导氧管10，导氧管10贯穿保护管9，且导氧管10的顶部伸出燃烧口111，导氧管10的底部伸入坩埚8内。
本实施方式中，放入的煤样由锡薄片包裹。燃烧管11内有导氧管10、保护管9、坩埚8、刚玉球、三氧化钨颗粒、氧化镁、高温棉、氧化铈、下层刚玉球、下层高温棉组成，具体结构如图2所示。
下面对本实施方式的煤炭元素分析仪燃烧管组件中组成件的结构和作用进行说明。
燃烧管11为石英材质的透明长条圆柱形管子，开口朝上。
保护管9是一根外径比燃烧管11内径稍小的刚玉直管，其作用是保护样品顺利落入到坩埚8中，避免锡薄片包裹的煤样在进入坩埚8前与燃烧管11内壁接触(若锡薄片包裹的煤样与燃烧管11内壁接触，容易导致锡薄片燃烧，锡薄片燃烧会释放出大量的热能，导致石英材质的燃烧管11破裂)。
坩埚8是样品燃烧的灰分管，样品从进样口落入到坩埚8中，进行充分燃烧。
刚玉球是空心的球体，可支撑坩埚8，确保坩埚8位置稳定。球体外表面积大，可以与燃烧后气体充分接触，刚玉球可吸附氟氯等卤素气体，防止对石英管的腐蚀。
三氧化钨颗粒的作用：球状颗粒与气体充分接触，作为催化剂可使三氧化硫气体高效转换为二氧化硫；作为氧化助剂可使硫酸盐等物质释放温度降低，快速释放为二氧化硫。三氧化钨降低了CF4的生成几率，提高了燃烧效率。
氧化镁颗粒作为高温催化氧化剂，可去除氟干扰。在高温下，氧化镁与氟化氢反应生成稳定性很强的氟化镁，从而实现高效去除氟干扰的目的。
高温棉作为填充物，可隔离两种粉末装催化剂，并使内部具有良好的通透性、流动性，并且以物理吸附的方式排除卤素、五氧化二磷、金属氧化物的干扰。
氧化铈作为高温催化剂，提高催化剂抗毒能力和催化热稳定性。
如图4所示(图4中箭头方向为氧气的流向)，导氧管10是一根内径为1.0mm的刚玉管，其作用是将高纯氧气从外部导入到坩埚8内，确保坩埚8内样品燃烧所需氧气满足需求。
本实用新型的煤炭元素分析仪燃烧管组件的测定原理为：将一定质量的煤样在充足的氧气条件下充分燃烧，生成的氧化物气体(如二氧化碳、二氧化硫、水蒸气)。经分离后，分别通过检测器，根据检测器浓度积分分别计算元素含量。生成的氮氧化物气体经还原成氮气后通过检测器，根据检测器浓度积分分别计算氮含量。
使用时，燃烧口111上端与进样装置相连接，外部与加热炉壁相连，炉温一般控制在(1100-1150)℃，确保煤样燃烧温度。在此温度下，挥发份中的氢元素与氧生成水蒸气、结晶水、内在水等；硝酸盐、挥发份中的氮元素在富氧下生成氮氧化物。挥发份、碳酸盐、固定碳中的碳元素在富氧下生成二氧化碳。煤中的卤元素、硫化物等氧化生成二氧化硫和三氧化硫。
还需要说明的是，煤炭样品在富氧状况下高温燃烧，使有机物分解出CO2、H2O、NOx、SO2、氟化物、氯化物等气体，不同类型的煤炭燃烧时的需氧量，燃烧温度均不一样，常遇到一些样品分解不完全，致使结果偏低并造成分析系统数据混乱。有些特殊样品仍不能完全分解，究其原因，考虑有以下几种：样品的分子结构特殊，化学键不易断裂；样品中的杂原子与测定元素或其氧化物生成了稳定的化合物；样品中检测元素含量低，取样量很大，样品氧化分解不完全。年老的无烟煤和高温炼制的焦炭较难分解,致使测定值偏低。
本实用新型的煤炭元素分析仪燃烧管组件中增加高温催化剂、氧化剂，帮助样品(尤其是难以分解的碳酸盐、硫酸盐、多肽、长脂肪链化合物、氮化物、金属化合物等)快速分解。采用本采用本实用新型的煤炭元素分析仪燃烧管组件还能去除氟、氯等卤素元素的不利影响。
根据本实用新型的具体实施方式，坩埚8整体为上端开口的圆柱管管状，坩埚8的底壁上设有贯穿其上的底孔81，坩埚8的侧壁上设有贯穿其上的侧孔82。
更具体地，底孔81为长方形，底孔81的数量为五个，其中，一个底孔81位于坩埚8的底壁中心位置，另四个底孔81环绕位于中心位置的底孔81设置；侧孔82为长方形，侧孔82的数量为多个，且多个侧孔82均匀环绕坩埚8的侧壁中下段。
本实施方式中，通过在坩埚8的侧壁均匀开设侧孔82和在坩埚8的底壁上开设底孔81，利于煤样燃烧后的气体从侧孔82和底孔81中透出，方便分析气体的收集。
侧孔82位于坩埚8的侧壁中下段的结构，利于煤样燃烧后的气体从坩埚8底部透出，进一步利于分析气体的收集。底孔81和侧孔82采用长方形的结构，利于形成狭长的透缝结构，保证气体透出的同时，避免样品燃烧物从底孔81和侧孔82掉出。
根据本实用新型的具体实施方式，导氧管10的上端为进气口，导氧管10的下端为底部出气口101，导氧管10的靠近底部出气口101的侧壁上均匀设有多个侧部出气口102。
更具体的，导氧管10为圆柱直管，侧部出气口102为圆孔。
本实施方式中，采用该结构，导氧管10尾端呈蜂窝状分布细孔(侧部出气口102)，便于尾端气流的均匀分布，与燃烧物充分接触。
根据本实用新型的具体实施方式，燃烧管11为圆柱管，燃烧管11由石英制成。
根据本实用新型的具体实施方式，第一层高温棉1的高度为8-10mm；第一层刚玉球2的高度为3-5mm；氧化铈层3的高度为15-20mm；第二层高温棉4的高度为4-6mm；氧化镁层5的高度为15-20mm；三氧化钨颗粒层6的高度为25-30mm；第二层刚玉球7的高度为6-8mm。
根据本实用新型的具体实施方式，坩埚8的高度为40mm-45mm。
本实施方式中，采用该结构利于保证足够的样品收容空间，同时提供侧孔82开设位置。
根据本实用新型的具体实施方式，保护管9的高度60mm-65mm。
本实施方式中，采用该结构利于保证保护管9的高度足够保护燃烧管11，进一步避免样品与燃烧管11内部接触。
根据本实用新型的具体实施方式，第一层高温棉1由6-8团高温棉，经装样杆轻压并摊平至均匀覆盖燃烧管11的底部后形成；第一层高温棉1的质量为6-8g；第一层刚玉球2由直径为1mm的刚玉球摊平堆垛而成，堆垛的层数为3-4层；氧化铈层3由倒入第一层刚玉球2上的15-20g氧化铈，经摇匀且摊平后形成；第二层高温棉4由4-6团高温棉，经装样杆轻压并摊平至均匀覆盖位于其下方的氧化铈层3后形成；氧化镁层5由倒入第二层高温棉4的20-30g的氧化镁颗粒，经处理至均匀分布在第二层高温棉4上而形成；三氧化钨颗粒层6由倒入氧化镁层5上的30-50g三氧化钨颗粒，经推压至摊平均匀后形成；第二层刚玉球7由倒入三氧化钨颗粒层6上的刚玉球，经推压至摊平均匀后形成。
本实用新型还公开了一种煤炭元素分析仪，包括如上述的煤炭元素分析仪燃烧管组件，煤炭元素分析仪还包括进样装置，燃烧口111的上端与进样装置相连。
优选的，煤炭元素分析仪还包括加热炉，燃烧管11的外部与加热炉炉壁相连；加热炉的炉温为1100-1150℃。
下面再具体阐述本实用新型的煤炭元素分析仪燃烧管组件的填充的步骤。需要说明的是，以下的步骤一到九属于该煤炭元素分析仪燃烧管组的较优的使用方式，而非唯一的实施方式。
步骤一，将6-8团高温棉，约6-8g放置在燃烧管11的底部，通过装样杆轻压摊平，高度约8-10mm。
步骤二，将直径为1mm的刚玉球倒入燃烧管11底部，刚玉球覆盖底部高温棉，并摊平垒高为3-4层，高度约3-5mm。
步骤三，倒入15-20g氧化铈，摇匀，摊平，高度约15-20mm。
步骤四，再将4-6团高温棉，约4-6g放置在燃烧管11中部，用装样杆轻压并摊平均匀覆盖下端的试剂，高度约4-6mm。
步骤五，倒入20-30g作用的氧化镁颗粒，均匀分布在高温棉之上，高度约15-20mm。
步骤六，倒入30-50g三氧化钨颗粒，轻压并摊平均匀，高度约25-30mm。
步骤七，倒入刚玉球，轻压并摊平均匀，高度约6-8mm。
步骤八，再缓慢放入坩埚8，坩埚8高度40mm-45mm。
步骤九，在坩埚8之上放入保护管9，保护管9高度60mm-65mm。
采用本实用新型的煤炭元素分析仪燃烧管组件及煤炭元素分析仪与热导检测器配合，可实现对煤中碳、氢、氮、硫四种元素的联合检测。工作原理如下：首先被测煤样在高温、氧化剂及催化剂条件作用下燃烧，其含有的碳、氢、氮、硫元素分别被转化为CO2、H2O、NOx和SO2。上述氧化后的气体在载气氦气的推动下，NOx被铜还原成N2后，随载气首先进入热导检测器进行检测；CO2、H2O、SO2分别被CO2吸附解吸柱、H2O吸附解吸柱、SO2吸附解吸柱吸附。然后依次改变各个吸附解吸柱的温度，控制相应阀门，使CO2、H2O和SO2解吸后分别进入热导检测器中进行检测。以实现对煤中碳、氢、氮、硫四种元素的联合检测。
虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种煤炭元素分析仪燃烧管组件，其特征在于，包括上部具有开口的燃烧管，所述开口为燃烧口，所述燃烧管由底部到顶部依次填充有：第一层高温棉、第一层刚玉球、氧化铈层、第二层高温棉、氧化镁层、三氧化钨颗粒层、第二层刚玉球，所述第二层刚玉球上放置有坩埚，所述坩埚上放置保护管，所述坩埚和保护管均位于所述燃烧管内，所述煤炭元素分析仪燃烧管组件还包括导氧管，所述导氧管贯穿所述保护管，且所述导氧管的顶部伸出所述燃烧口，所述导氧管的底部伸入所述坩埚内。
2.根据权利要求1所述的煤炭元素分析仪燃烧管组件，其特征在于，所述坩埚整体为上端开口的圆柱管管状，所述坩埚的底壁上设有贯穿其上的底孔，所述坩埚的侧壁上设有贯穿其上的侧孔。
3.根据权利要求2所述的煤炭元素分析仪燃烧管组件，其特征在于，所述导氧管的上端为进气口，所述导氧管的下端为底部出气口，所述导氧管的靠近所述底部出气口的侧壁上均匀设有多个侧部出气口。
4.根据权利要求3所述的煤炭元素分析仪燃烧管组件，其特征在于，所述燃烧管为圆柱管，所述燃烧管由石英制成。
5.根据权利要求4所述的煤炭元素分析仪燃烧管组件，其特征在于，所述第一层高温棉的高度为8-10mm；所述第一层刚玉球的高度为3-5mm；所述氧化铈层的高度为15-20mm；所述第二层高温棉的高度为4-6mm；所述氧化镁层的高度为15-20mm；所述三氧化钨颗粒层的高度为25-30mm；所述第二层刚玉球的高度为6-8mm。
6.根据权利要求5所述的煤炭元素分析仪燃烧管组件，其特征在于，所述坩埚的高度为40mm-45mm。
7.根据权利要求6所述的煤炭元素分析仪燃烧管组件，其特征在于，所述保护管的高度60mm-65mm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的煤炭元素分析仪燃烧管组件，其特征在于，所述第一层高温棉由6-8团高温棉，经装样杆轻压并摊平至均匀覆盖所述燃烧管的底部后形成；所述第一层高温棉的质量为6-8g；所述第一层刚玉球由直径为1mm的刚玉球摊平堆垛而成，堆垛的层数为3-4层；所述氧化铈层由倒入第一层刚玉球上的15-20g氧化铈，经摇匀且摊平后形成；所述第二层高温棉由4-6团高温棉，经装样杆轻压并摊平至均匀覆盖位于其下方的所述氧化铈层后形成；所述氧化镁层由倒入所述第二层高温棉的20-30g的氧化镁颗粒，经处理至均匀分布在所述第二层高温棉上而形成；所述三氧化钨颗粒层由倒入所述氧化镁层上的30-50g三氧化钨颗粒，经推压至摊平均匀后形成；所述第二层刚玉球由倒入所述三氧化钨颗粒层上的刚玉球，经推压至摊平均匀后形成。
9.一种煤炭元素分析仪，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的煤炭元素分析仪燃烧管组件，所述煤炭元素分析仪还包括进样装置，所述燃烧口的上端与所述进样装置相连。
10.根据权利要求9所述的煤炭元素分析仪，其特征在于，所述煤炭元素分析仪还包括加热炉，所述燃烧管的外部与加热炉炉壁相连；所述加热炉的炉温为1100-1150℃。
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