[發明專利]一種固體燃料著火溫度的測量方法

有效

• 申請號: 200910244061.1
• 申請日: 2009-12-28
• 公開（公告）號: CN101762341A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 張海;李振山
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種固體燃料著火溫度的測量方法，屬于燃燒科學與技術領域。

背景技術

為了設計鍋爐等燃燒設備，以及安全運輸和存儲煤粉等燃料，常常需要獲得較為準確的著火溫度。示差熱天平(TGA)是最常用的燃料著火溫度的測量設備，它可以測定燃料的失重曲線(TG)和失重率變化曲線(DTG)，如圖1所示。傳統上，樣品的著火溫度基本上都是從這兩條曲線上分析得出。有研究者認為DTG曲線上的峰值點，即失重率最大點發生著火時刻；有研究者則認為著火發生在失重率最大點之前，在數學上進行修正，如在DTG曲線的峰值點作垂線與TG曲線交于一點，然后過該交點作TG曲線的切線，同時在TG曲線失重開始時的位置作一條水平線，該切線與水平線的交點所對應的溫度定義為著火溫度。總的來說，這類根據TG和DTG曲線求取著火溫度的方法簡單易行，數據重復性好，常被工業界和實驗研究采納。

然而，上述基于失重曲線和失重率變化曲線方法存在一個重大的疑問，即所求得的著火溫度和真正的著火溫度可能存在較大的誤差，最根本的原因是著火時刻的物理意義不夠明確。著火溫度應該是氣體著火或者固體著火發生時對應的顆粒溫度。研究表明，在TGA的加熱速率條件下，含揮發分的煤粉等燃料的著火基本屬于均相著火，即燃料中含有的揮發分在加熱時釋放，并在氧氣到達固體表面時發生氣體著火，而這一時刻與DTG曲線上的最大失重速率的相關性并不十分確定，一般情況下，反應介質采用空氣。近幾年，富氧燃燒和以氧氣為燃燒介質的氧燃料燃燒技術發展迅速，而當反應介質的氧氣濃度較高時，均相著火的現象更為明顯，并可能較為嚴重地影響固體的燃燒和其失重曲線，熱電偶讀數與顆粒的表面溫度有較大的差別。另一方面，在多數TGA設備中，為了防止氣體表面火焰的干擾，熱電偶與樣品顆粒的表面常常大于5mm的距離，這樣的布置使得測定氣體火焰發生的準確時刻較為困難。

發明內容

本發明的目的是提出一種使用示差熱天平測量固體燃料著火溫度的新方法，作為對傳統的著火溫度測量方法的改進和補充。

本發明的技術方案如下：

一種固體燃料著火溫度的測量方法，其特征在于該方法按如下步驟進行：

1)使用示差熱天平，將固體燃料試樣放置在托盤上，將熱電偶的測溫點放置在燃料試樣表面上方2～5mm以內；

2)通入給定氧氣濃度的反應氣體，開始加熱試驗，得到溫升曲線，觀察曲線是否出現突變鼓包來判斷是否出現火焰；如果溫升曲線出現突變鼓包，將突變鼓包起點所對應的時間定義為著火時刻，將該時刻對應的溫度定義為給定氧氣濃度下的著火溫度；如果在給定濃度條件下沒有鼓包出現，則逐步增加反應氣體中的氧氣濃度，測得一組具有溫度鼓包的溫升曲線，得到一組不同氧氣濃度下的著火溫度；

3)然后采用擬合方法得到氧氣濃度和著火溫度的關系式，使用該關系式計算得出給定濃度條件下的著火溫度。

本發明所述的固體燃料為煤、石油焦或木柴。

本發明提供的方法，比基于失重曲線和失重率曲線的傳統方法更有明確的物理意義以及測量的準確性，特別適合高氧氣濃度條件下煤粉著火測量，對富氧和氧燃料燃燒技術的發展有重要意義。

附圖說明

圖1為TGA上測得的典型的TG和DTG曲線。

圖2為TGA的反應器的簡易示意圖。

其中：1-爐壁；2-加熱托盤；3-試樣；4-熱電偶；5-氣流。

圖3為典型的高氧氣濃度條件下TGA的溫升曲線和著火點的定義。

圖4為測得的一組不同氧氣濃度下的TGA溫升曲線。

圖5為利用外推法得到的低氧氣濃度條件下的著火溫度。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的原理、工作過程和實施作進一步的說明。

如圖2所示，使用示差熱天平，將一定重量的試樣3放置在加熱托盤2上，熱電偶4的測溫點放置在距離試樣3表面上方2～5mm的地方，使之能探測到著火時出現的微弱火焰。然后開始進行加熱試驗，在實驗中得到示差熱天平的溫升曲線。觀察該溫升曲線是否出現突變鼓包以判斷是否有火焰，如果有突變鼓包，則將突變鼓包的起始時刻定義為著火時刻，該時刻所對應的溫度定義為樣品的著火溫度。典型的具有溫度鼓包的溫升曲線如圖3所示。

本發明的工作過程如下：