一种稀相区烟气辐射换热特性研究实验台及方法

摘要

本发明公开一种稀相区烟气辐射换热特性研究实验台及方法，该实验台包括：主床体系统，其上设烟气进出结构、测压孔、烟气温度测孔、加热插入孔；烟气配气系统，包括用于提供若干种气体的气体配气系统和用于提供水蒸气的水蒸气配气系统，气体流量可控，与主床体系统连通，为主床体系统提供不同成分占比的烟气；床体加热系统，包括若干个插入主床体系统内的加热设备，用于加热主床体系统内的烟气；测量系统，用于测量主床体系统内的烟气温度及主床体系统的壁面温度。本发明提供的稀相区烟气辐射换热特性研究实验台及方法，为不同压力、气氛组成、温度条件下稀相区烟气辐射换热特性的研究提供技术支持，对新型流化床的工业设计具有指导意义。

说明书

技术领域

本发明属于锅炉技术领域，具体涉及一种稀相区烟气辐射换热特性研究实验台及方法。

背景技术

锅炉中高温烟气与水冷壁之间的辐射换热是稀相区最重要的换热方式，也是困扰锅炉行业相关研究人员的重要难点。除此之外，近年来，我国大力发展碳捕集与封存技术势在必行，以流化床锅炉技术为基础的流化床富氧燃烧技术以及增压富氧燃烧技术研究也正处于探索与研发阶段，不同因素条件(压力、气氛组成、温度等)下高温烟气与水冷壁之间的辐射换热特性研究对新型流化床的工业设计也具有重要的指导意义。

目前，对于稀相区烟气辐射换热特性仍处于研究阶段，准确可靠的试验台设计必不可少。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种稀相区烟气辐射换热特性研究实验台及方法。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种稀相区烟气辐射换热特性研究实验台，包括：

主床体系统，所述主床体系统上设置有烟气进出结构、测压孔、烟气温度测孔、加热插入孔；

烟气配气系统，所述烟气配气系统包括用于提供若干种气体的气体配气系统和用于提供水蒸气的水蒸气配气系统，气体流量可控，烟气配气系统与主床体系统连通，为主床体系统提供不同成分占比的烟气；

床体加热系统，包括若干个插入主床体系统内的加热设备，用于加热主床体系统内的烟气；

测量系统，用于测量主床体系统内的烟气温度及主床体系统的壁面温度。

进一步的，所述主床体系统包括主床体，所述主床体设置于底座上，主床体内部与烟气配气系统连通，主床体内部插入有床体加热系统，所述烟气进出结构包括设置于主床体底部的若干个烟气进气口和设置于主床体顶部的烟气出气口，所述主床体壁面安装若干个加热插入孔、若干个测压孔和若干个烟气温度测孔。

进一步的，所述主床体底部壁面安装若干个加热插入孔，所述床体加热系统的加热设备插入加热插入孔再伸入主床体内部，所述主床体两侧壁面分别设置若干个测压孔和若干个烟气温度测孔，所述烟气出气口的管道上设置第一减压阀。

进一步的，所述气体配气系统包括用于提供N

进一步的，所述水蒸气配气系统包括电加热水蒸汽发生器，所述电加热水蒸汽发生器连通主床体系统的烟气进气口且二者之间设置有水蒸气流量计，所述气体配气系统与水蒸气配气系统分别连通不同的烟气进气口再连通至主床体系统的主床体内部。

进一步的，所述加热设备为通过主床体系统的主床体壁面插入主床体内的高功率阻尼电加热管，通过高功率阻尼电加热管加热主床体内的烟气。

进一步的，所述测量系统包括床体壁面、烟气温度测量系统以及辐射热流测量系统，所述床体壁面上设置壁温测孔，壁温测孔处开浅槽，浅槽内布置耐高温热电偶；所述烟气温度测量系统包括若干个插入烟气温度测孔中的耐高温热电偶，通过插入烟气温度测孔中的耐高温热电偶测量获得烟气温度，可获得主床体内不同区域处的烟气温度；所述辐射热流测量系统包括瞬时辐射热流计，瞬时辐射热流计布置于床体壁面，能够实时地给出烟气与床体壁面间辐射热流强度的瞬态值，壁温测孔设置在瞬时辐射热流计附近，所有耐高温热电偶及瞬时辐射热流计均通过数模转换器与电脑端相连。

进一步的，所述瞬时辐射热流计的动态响应时间不超过10s，测量范围15～5000W/m

进一步的，所述浅槽内均匀涂抹紫铜胶，用于固定粘连耐高温热电偶和床体壁面，在烟气高温加热下紫铜胶凝固为紫铜，并将耐高温热电偶包裹在其中，用以测量主床体的壁面温度。

本发明还提供了一种稀相区烟气辐射换热特性研究实验台的研究方法，包括以下步骤：

气体配气系统通过烟气进气口向主床体内部输送不同成分占比的混合气体，水蒸气配气系统通过烟气进气口向主床体内部输送水蒸气，气体配气系统与水蒸气配气系统分别与不同的烟气进气口相连通，混合气体与水蒸气在主床体内部混合，通过调控混合气体与水蒸气的流量能够得到不同成分占比的烟气，通过控制主床体内的烟气量获得不同压力条件下的工况，通过床体加热系统加热主床体内的烟气，通过测量系统测试得到床体壁面温度和主床体内的烟气温度，获得不同烟气温度条件下的工况，研究压力、烟气成分组成以及床体壁面温度和主床体内的烟气温度对稀相区烟气辐射特性的影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种稀相区烟气辐射换热特性研究实验台及方法，该实验台包括：主床体系统，主床体系统上设置有烟气进出结构、测压孔、烟气温度测孔、加热插入孔；烟气配气系统，烟气配气系统包括用于提供若干种气体的气体配气系统和用于提供水蒸气的水蒸气配气系统，气体流量可控，烟气配气系统与主床体系统连通，为主床体系统提供不同成分占比的烟气；床体加热系统，包括若干个插入主床体系统内的加热设备，用于加热主床体系统内的烟气；测量系统，用于测量主床体系统内的烟气温度及主床体系统的壁面温度。本发明提供的稀相区烟气辐射换热特性研究实验台及方法，为不同因素条件(压力、气氛组成、温度等)下稀相区烟气辐射换热特性的研究提供技术支持和保障，对新型流化床的工业设计具有重要的指导意义。

附图说明

图1为本发明的主床体系统的结构示意图；

图2为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-2所示，一种稀相区烟气辐射换热特性研究实验台，包括：

主床体系统，包括底座1、主床体2、烟气进气口3、烟气出气口4、第一减压阀5等，底座1上设置有主床体2，主床体2由不锈钢制作而成，设计耐压值为1.0Mpa，主床体2呈立方体形状，主床体2底部设置有若干个烟气进气口3，主床体2顶部设置有烟气出气口4，烟气出气口4的管道上设置第一减压阀5，主床体2壁面安装若干个加热插入孔，用于使高功率阻尼电加热管6穿过加热插入孔再伸入至主床体2内，主床体2两侧壁面上分别设置有若干个测压孔8和若干个烟气温度测孔10，测压孔8处加装压力测试仪器，烟气温度测孔10处加装温度测试仪器；

烟气配气系统，主要分为两部分，烟气配气系统包括用于提供若干种气体的气体配气系统和用于提供水蒸气的水蒸气配气系统，通过设置阀门和气体流量计可以达到控制气体流量的作用，以获得不同的烟气成分配比，烟气配气系统与主床体2内部连通，为主床体2提供不同成分占比的烟气，气体配气系统主要提供CO

床体加热系统，包括多个通过主床体2壁面插入主床体2内的加热设备，加热设备优选高功率阻尼电加热管6，通过高功率阻尼电加热管6加热主床体2内的烟气，通过控制加热功率控制烟气温度，最高可将导入主床体2内的烟气温度加热至约1000摄氏度，为确保主床体2的保温效果，主床体2外部设置保温棉等保温结构；

测量系统，包括床体壁面、烟气温度测量系统以及辐射热流测量系统，床体壁面和主床体2内的烟气的温度分别由布置在床体壁面上和主床体2内的耐高温热电偶获得；

主床体2的床体壁面上设置壁温测孔9，壁温测孔9设置在瞬时辐射热流计7附近，壁温测孔9处开浅槽，浅槽内布置耐高温热电偶，紫铜胶均匀涂抹在浅槽内以固定粘连耐高温热电偶和床体壁面，在烟气高温加热下紫铜胶会凝固为紫铜，并将耐高温热电偶包裹在其中，用以测量主床体2壁面温度；

烟气温度测量系统包括若干个插入烟气温度测孔10中的耐高温热电偶，通过插入烟气温度测孔10中的耐高温热电偶测量获得烟气温度，可获得主床体2内不同区域处的烟气温度；

辐射热流测量系统包括瞬时辐射热流计7，瞬时辐射热流计7布置于床体壁面，可实时地给出烟气与床体壁面间辐射热流强度的瞬态值，动态响应时间不超过10s，测量范围15～5000W/m2，平均偏差不超过±1％；

所有耐高温热电偶及瞬时辐射热流计7所测得的温度信号均通过数模转换器转换后传送到电脑端并记录，记录频率为10s。

气体配气系统包括用于提供N

一种稀相区烟气辐射换热特性研究实验台的研究方法，包括以下步骤：

气体配气系统通过烟气进气口3向主床体2内部输送不同成分占比的混合气体，水蒸气配气系统通过烟气进气口3向主床体2内部输送水蒸气，气体配气系统与水蒸气配气系统分别与不同的烟气进气口3相连通，混合气体与水蒸气在主床体2内部混合，通过调控混合气体与水蒸气的流量能够得到不同成分占比的烟气，更具体的为：N

q＝εδ(Tg

δ：斯提芬波尔赫兹常数。

本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。