用于氨煤混燃的平焰燃烧实验装置及其使用方法

摘要

本发明公开了一种用于氨煤混燃的平焰燃烧实验装置及其使用方法，所述平焰燃烧实验装置包括支撑架、平焰燃烧器、第一筒体和颗粒物捕集装置。本发明实施例的平焰燃烧实验装置，通过设置第一筒体来观察氨煤在平焰燃烧器上燃烧火焰的形态，以及通过取样口检测氨煤燃烧后烟气中气体分子的成分，又通过设置颗粒物捕集装置对烟气中的颗粒物进行化学分析或者比重分析，能够探究氨煤在平焰燃烧器上的燃烧机理以及排放特性，可以用于阐明氨煤混燃的相互作用。因此，本发明实施例的平焰燃烧实验装置能够得到氨煤混燃在平焰燃烧器上的燃烧机理以及排放特性，用于阐明氨煤混燃之间的相互作用。

说明书

技术领域

本发明涉及氨煤燃烧试验技术领域，具体涉及一种用于氨煤混燃的平焰燃烧实验装置及其使用方法。

背景技术

现如今，如何加强煤炭清洁高效利用是亟待解决的问题，同时随着新能源的发展，煤炭作为保障性能源，煤电机组需要满足深度调峰下锅炉安全、平稳和高效运行。基于此，氨作为一种清洁、无碳、能量密度高的燃料，将煤粉与氨气混合燃烧是促进煤电机组更高效、清洁、低碳及灵活发展的有效方式，也是解决低负荷燃烧条件下锅炉的稳燃与燃尽，促进煤电机组与新能源有机融合互补发展的有效措施。因此，在平焰燃烧器上开展氨煤混燃实验，探究其燃烧机理及排放特性，对阐明氨煤混燃的相互作用至关重要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种用于氨煤混燃的平焰燃烧实验装置，以得到氨煤混燃在平焰燃烧器上的燃烧机理以及排放特性，用于阐明氨煤混燃之间的相互作用；本发明还公开了一种用于氨煤混燃的平焰燃烧实验装置的使用方法，以得到氨煤混燃在平焰燃烧器上的燃烧机理以及排放特性，用于阐明氨煤混燃之间的相互作用。

本发明实施例的用于氨煤混燃的平焰燃烧实验装置包括支撑架、平焰燃烧器、第一筒体和颗粒物捕集装置，所述平焰燃烧器设于所述支撑架上，所述平焰燃烧器上具有相互连通的第一进气口和第一出气口、相互连通的第二进气口和第二出气口以及相互连通的第三进气口和第三出气口，所述平焰燃烧器上还具有燃烧平面，所述第一出气口、所述第二出气口和所述第三出气口均设于所述燃烧平面上；

所述第一筒体为透明材质制作，所述第一筒体的一端与所述平焰燃烧器相连且所述燃烧平面设于所述第一筒体内，所述第一筒体在其轴向上设有多个间隔布置的取样口；

所述颗粒物捕集装置与所述第一筒体的另一端连通，所述颗粒物捕集装置内设有多级采样膜，所述采样膜用于采集所述平焰燃烧器燃烧烟气中的颗粒物。

在一些实施例中，所述第一出气口和所述第二出气口的数量均为多个，多个所述第一出气口和多个所述第二出气口间隔设于所述燃烧平面上。

在一些实施例中，多个所述取样口包括第一部分和第二部分，在所述第一筒体的轴向上，所述第一部分相对于所述第二部分更邻近所述燃烧平面设置，所述第一部分和所述第二部分中均包括多个所述取样口；

其中所述第一部分中任意相邻两个所述取样口的间距小于所述第二部分中任意相邻两个所述取样口的间距。

在一些实施例中，所述第一部分中的多个所述取样口均匀间隔布置，和/或所述第二部分中的多个所述取样口均匀间隔布置。

在一些实施例中，本发明实施例的用于氨煤混燃的平焰燃烧实验装置还包括水冷装置，所述水冷装置设于所述平焰燃烧器上，所述水冷装置上具有冷却腔以及与所述冷却腔连通的第一进水口和第一出水口，所述水冷装置用于对所述平焰燃烧器冷却降温。

在一些实施例中，本发明实施例的用于氨煤混燃的平焰燃烧实验装置还包括还包括伴热带，所述伴热带环绕在所述颗粒物捕集装置上，所述伴热带用于将所述采样膜加热至℃-℃。

在一些实施例中，本发明实施例的用于氨煤混燃的平焰燃烧实验装置还包括还包括加热管，所述加热管包括在内外方向上间隔设置的内管和外管，所述内管和所述外管之间限定出加热腔，所述内管上具有第四进气口和第四出气口，所述外管上具有与所述加热腔连通的第二进水口和第二出水口，所述第四进气口置于所述第一筒体内。

在一些实施例中，本发明实施例的用于氨煤混燃的平焰燃烧实验装置还包括还包括过滤器，所述过滤器设于所述加热管和所述颗粒物捕集装置之间，所述加热管排出的烟气经过所述过滤器过滤后进入所述颗粒物捕集装置内。

在一些实施例中，所述颗粒物捕集装置为冲击式尘粒分级仪ELPI。

本发明实施例的用于氨煤混燃的平焰燃烧实验装置的使用方法，该方法基于上述任一实施例中所述的用于氨煤混燃的平焰燃烧实验装置，包括以下步骤：

在点火前，对所述采样膜进行称重，并记录称重数据，在称重过程中保证周围气流稳定，环境温度恒定，同时将所述第一进气口、所述第二进气口和所述第三进气口均通入氮气，以排出管路中的其他气体；

将氮气和氧气按照第一预设比例通入所述第一进气口，将一氧化碳和氨气按照第二预设比例通入所述第二进气口，将氮气携带煤粉通入第三进气口，然后对所述平焰燃烧器进行点火；

观察所述平焰燃烧器在燃烧过程中的火焰形态，通过所述取样口对所述平焰燃烧器燃烧后的烟气进行取样，并利用烟气分子仪对取样的烟气中的成分进行分析；

利用冲击式尘粒分级仪ELPI对各级所述采样膜中的烟气颗粒进行化学分析或比重分析，以检测烟气中的元素、形态和含量的变化。

本发明实施例的平焰燃烧实验装置，通过设置第一筒体来观察氨煤在平焰燃烧器上燃烧火焰的形态，以及通过取样口检测氨煤燃烧后烟气中气体分子的成分，又通过设置颗粒物捕集装置对烟气中的颗粒物进行化学分析或者比重分析，能够探究氨煤在平焰燃烧器上的燃烧机理以及排放特性，可以用于阐明氨煤混燃的相互作用。

因此，本发明实施例的平焰燃烧实验装置能够得到氨煤混燃在平焰燃烧器上的燃烧机理以及排放特性，用于阐明氨煤混燃之间的相互作用。

附图说明

图1是本发明实施例的平焰燃烧实验装置的结构示意图。

图2是本发明实施例的平焰燃烧实验装置的平焰燃烧器和第一筒体的结构示意图。

图3是本发明实施例的平焰燃烧实验装置的平焰燃烧器的俯视图。

附图标记：

平焰燃烧实验装置100；

支撑架1；

平焰燃烧器2；第一进气口201；第二进气口202；第三进气口203；第一出气口204；第二出气口205；第三出气口206；燃烧平面207；

第一筒体3；第一部分301；第二部分302；取样口303；

颗粒物捕集装置4；

水冷装置5；冷却腔501；第一进水口502；第一出水口503；

伴热带6；

加热管7；内管701；第四进气口7011；第四出气口7012；外管702；第二进水口7021；第二出水口7022；加热腔703；

过滤器8。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图来详细描述本申请的技术方案。

如图1和图2所示，本发明实施例的平焰燃烧实验装置100包括支撑架1、平焰燃烧器2、第一筒体3和颗粒物捕集装置4。

平焰燃烧器2设于支撑架1上，平焰燃烧器2上具有相互连通的第一进气口201和第一出气口204、相互连通的第二进气口202和第二出气口205以及相互连通的第三进气口203和第三出气口206，平焰燃烧器2上还具有燃烧平面207，第一出气口204、第二出气口205和第三出气口206均设于燃烧平面207上。

第一筒体3为透明材质制作，例如为透明玻璃材质制作，第一筒体3的一端与平焰燃烧器2相连且燃烧平面207设于第一筒体3内，第一筒体3在其轴向上设有多个间隔布置的取样口303。

颗粒物捕集装置4与第一筒体3的另一端连通，颗粒物捕集装置4内设有多级采样膜，采样膜用于采集平焰燃烧器2燃烧烟气中的颗粒物。

本发明实施例的平焰燃烧实验装置100在使用过程中，试验前，首先使用压缩空气吹扫平焰燃烧实验装置100的管路，同时检查管路的密封性是否合格。当装置管路吹扫和密封性合格后，在点火前，首先利用电子天平秤对采样膜进行称重，每级采样膜称重均称重两次，两次数据误差在合理范围内，则数据为有效值，并记录称重数据。在称重过程中保证周围气流稳定，环境温度恒定，以减小环境误差。同时将第一进气口201、第二进气口202和第三进气口203均通入氮气，以排出管路中的其他气体，防止管路中的其他气体对采样膜的采样进行干扰，影响检测结果的精确度。

将氮气和氧气按照第一预设比例通入第一进气口201，将一氧化碳和氨气按照第二预设比例通入第二进气口202，将氮气携带煤粉通入第三进气口203，然后对平焰燃烧器2进行点火，使得火焰在燃烧平面207上进行燃烧，其中第一预设比例和第二预设比例的大小可以根据试验具体要求进行调整。

平焰燃烧器2在燃烧过程中，由于第一筒体3为透明材质制作，利用第一筒体3观察平焰燃烧器2在燃烧过程中的火焰形态，并通过第一筒体3上的取样口303，对平焰燃烧器2燃烧后的烟气进行取样，利用烟气分析仪对取样的烟气中的成分进行分析，以得到氨煤混燃后烟气中的气体分子成分。利用冲击式尘粒分级仪ELPI对各级采样膜中采样的颗粒进行检测，以检测烟气中的元素、形态和含量的变化。

由此，本发明实施例的平焰燃烧实验装置100，通过设置第一筒体3来观察氨煤在平焰燃烧器2上燃烧火焰的形态，以及通过取样口303检测氨煤燃烧后烟气中气体分子的成分，又通过设置颗粒物捕集装置4对烟气中的颗粒物进行化学分析或者比重分析，能够探究氨煤在平焰燃烧器2上的燃烧机理以及排放特性，可以用于阐明氨煤混燃的相互作用。

因此，本发明实施例的平焰燃烧实验装置100能够得到氨煤混燃在平焰燃烧器2上的燃烧机理以及排放特性，用于阐明氨煤混燃之间的相互作用。

在一些实施例中，第一出气口204和第二出气口205的数量均为多个，多个第一出气口204和多个第二出气口205间隔设于燃烧平面207上。

例如，如图1和图2所示，平焰燃烧器2包括壳体、多个第一钢管、多个第二钢管和一个第三钢管。多个第一钢管、多个第二钢管均设于壳体内并与壳体相连，第一钢管一端口与第一进气口201连通，第一钢管的另一端口形成第一出气口204，第二钢管一端口与第二进气口202连通，第二钢管的另一端口形成第二出气口205，第三钢管插装在壳体上且与壳体同轴，第三钢管的一端口为第三进气口203，第三钢管的另一端口形成第三出气口206。

本发明实施例的平焰燃烧实验装置100通过将第一出气口204和第二出气口205的数量均为设置为多个，使得氧气和氨气能够在燃烧平面207上分布均匀，有利于氨气能够与煤粉充分混合燃烧，有利于提高本发明实施例的平焰燃烧实验装置100的试验结果的可靠性。

在一些实施例中，多个取样口303包括第一部分301和第二部分302，在第一筒体3的轴向上，第一部分301相对于第二部分302更邻近燃烧平面207设置，第一部分301和第二部分302中均包括多个取样口303，其中第一部分301中任意相邻两个取样口303的间距小于第二部分302中任意相邻两个取样口303的间距。

例如，如图2所示，第一部分301包括五个间隔布置的取样口303，第二部分302包括是三个间隔设置的取样口303。可以理解的是，由于第二部分302相对于第一部分301更远离燃烧平面207设置，因此在第一筒体3内，位于第二部分302处的烟气含量低于第一部分301位置处的烟气含量，通过将第一部分301中任意相邻两个取样口303的间距小于第二部分302中任意相邻两个取样口303的间距，可以在烟气含量高的位置处取样多个样本，在烟气含量低的位置处取样少量的样本，使得取样口303分布合理，有利于提高取样效率。

可选地，第一部分301中的多个取样口303均匀间隔布置。

例如，取样口303的直径大小为3mm,第一部分301中任意相邻两个取样口303之间的间距为10mm。通过将第一部分301中的多个取样口303均匀间隔布置，使得对平焰燃烧器2燃烧后的烟气取样具有一定规律，以便于对取样后烟气中的成分进行探究。

可选地，第二部分302中的多个取样口303均匀间隔布置。

例如，取样口303的直径大小为3mm,第二部分302中任意相邻两个取样口303之间的间距为15mm。通过将第二部分302中的多个取样口303均匀间隔布置，使得对平焰燃烧器2燃烧后的烟气取样具有一定规律，以便于对取样后烟气中的成分进行探究。

在一些实施例中，本发明实施例的平焰燃烧实验装置100还包括水冷装置5，水冷装置5与平焰燃烧器2相连，水冷装置5上具有冷却腔501以及与冷却腔501连通的第一进水口502和第一出水口503，水冷装置5用于对平焰燃烧器2进行冷却降温。

例如，如图2所示，循环水通过第一进水口502进入冷却腔501内与平焰燃烧器2换热后通过第一出水口503流出。可以理解的是，平焰燃烧器2在燃烧过程中，温度会在1200℃以上。因此，为了防止平焰燃烧器2烧坏，通过设置的水冷装置5对平焰燃烧器2进行循环水冷却降温，有利于提高本发明实施例的平焰燃烧器2的工作可靠性。

在一些实施例中，本发明实施例的平焰燃烧实验装置100还包括伴热带6，伴热带6环绕在颗粒物捕集装置4上，伴热带6用于将采样膜加热至100℃-110℃，可以有效防止在试验过程中，水蒸气在采样膜上冷凝导致采样膜上采样成分不准确，进一步有利于提高本发明实施例的平焰燃烧器2的工作可靠性。

在一些实施例中，本发明实施例的平焰燃烧实验装置100还包括加热管7，加热管7包括在内外方向上间隔设置的内管701和外管702，内管701和外管702之间限定出加热腔703，内管701上具有第四进气口7011和第四出气口7012，外管702上具有与加热腔703连通的第二进水口7021和第二出水口7022，第四进气口7011置于第一筒体3内。

例如，如图1所示，在使用过程中，首先将循环水通过第二进水口7021进入加热腔703内，利用平焰燃烧器2燃烧的热量把加热腔703内的水加热至沸腾，然后通过第二出水口7022排出，使得加热腔703内的水始终处于沸腾状态。根据加热腔703内的水的沸腾程度，调节循环水流量，沸腾程度越大，循环水流量越大。当平焰燃烧器2燃烧后的烟气通过第四进气口7011进入内管后，加热腔703内沸腾的水会对流经内管的烟气进行加热，可以有效防止烟气发生冷凝而影响烟气的成分含量，有利于提高本发明实施例的平焰燃烧实验装置100的试验结果的精确度。

在一些实施例中，本发明实施例的平焰燃烧实验装置100还包括过滤器8，过滤器8设于加热管7和颗粒物捕集装置4之间，加热管7排出的烟气经过过滤器8过滤后进入颗粒物捕集装置4内。可以理解的是，采样膜采样的颗粒一般为纳米级，本发明实施例的平焰燃烧实验装置100通过设置过滤器8，可以有效过滤掉第四出气口7012排出的烟气中的大颗粒生成物，以避免干扰试验采样膜采样的颗粒物的大小，影响检测结果的精准度。

可选地，颗粒物捕集装置4为冲击式尘粒分级仪ELPI，采样膜为ELPI膜。

本发明实施例的平焰燃烧实验装置100的使用方法，该方法基于上述任一实施例中所述的平焰燃烧实验装置100包括以下步骤：

在点火前，对采样膜进行称重，并记录称重数据，在称重过程中保证周围气流稳定，环境温度恒定，同时将第一进气口201、第二进气口202和第三进气口203均通入氮气，以排出管路中的其他气体；

将氮气和氧气按照第一预设比例通入第一进气口201，将一氧化碳和氨气按照第二预设比例通入第二进气口202，将氮气携带煤粉通入第三进气口203，然后对平焰燃烧器2进行点火；

观察平焰燃烧器2在燃烧过程中的火焰形态，并通过第一筒体3上的取样口303，对平焰燃烧器2燃烧后的烟气进行取样，利用烟气分子检测仪对取样的烟气进行成分分析；

利用冲击式尘粒分级仪ELPI对各级采样膜中的烟气颗粒进行检测，以检测烟气中的元素、形态和含量的变化。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。