[發明專利]低濃度瓦斯燃燒器、燃燒試驗系統及其控制方法

無效

• 申請號: 201310161734.3
• 申請日: 2013-05-03
• 公開（公告）號: CN103278599A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 李德波
• 申請（專利權）人: 廣東電網公司電力科學研究院
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 曾旻輝

技術領域

本發明涉及低濃度瓦斯燃燒領域，具體來說，特別是涉及一種低濃度瓦斯燃燒器、一種燃燒試驗系統及其控制方法。

背景技術

煤礦瓦斯又叫煤層氣，是指賦存與生氣源巖中的自儲式天然可燃氣體，它的主要成分是甲烷，是一種優質的能源，可以用作燃料和化工原料。我國煤炭資源豐富，煤層氣資源也比較豐富，據研究，我國陸上煤田在埋深小于2000米以淺的煤層氣資源量為30-35萬億立方米，與常規天然氣資源相接近。僅我國國有煤礦每天涌出的量就達到10M立方米，相當于3.7-7.3Mt標準煤。

同時，煤礦瓦斯還是一種強烈的溫室效應氣體，GWP值（全球變暖潛能值）相當于二氧化碳的21倍，我國每年瓦斯總涌出量約為77億立方米，其中絕大部分直接排放到了大氣中，對環境造成了嚴重的危害。此外，煤礦瓦斯是一種易燃易爆氣體，當它與空氣或氧氣混合達到一定濃度后在一定的誘發能量的作用下，即可燃燒或者爆炸，給煤礦開采帶來了安全隱患。因此，對瓦斯的開發利用具有保證安全采煤、開發新能源、促進環境保護三重效果。

近年來，抽放瓦斯已經成功地用作民用和工業燃料、生產炭黑和甲醛的化工原料以及發電用燃料，取得了巨大的經濟效益。然而，這些應用要求瓦斯必須有較高的濃度，如民用或者生產炭黑時，瓦斯濃度必須大于40vol.%；生產甲醛，瓦斯濃度必須大于30vol.%；用于燃氣輪機發電時濃度至少為35±4vol.%。當礦井中煤礦瓦斯濃度低于30vol.%時，由于無法利用，這部分瓦斯被直接排入到空氣中，既浪費了能源有對環境造成了極大地污染。對于低濃度的瓦斯要想在現有技術水平上利用，必須要經過提純工藝，然而，瓦斯提純技術大多還處于開發研究階段，即使比較成熟的變壓吸附技術，其工序也比較復雜，經濟性不高，而且只適合于濃度差異不太大的場合，對低濃度瓦斯氣體的提純實際價值不大。

瓦斯可燃濃度范圍為5.3-15vol.%，在空氣中的化學恰當比燃燒濃度為9.524vol.%，在空氣中的最低燃燒濃度為4.5vol.%，對于低濃度瓦斯，理論上瓦斯濃度只要不低于5.3vol.%就可以采用常規方式直接燃燒利用，但實際上，低濃度瓦斯直接燃燒很不穩定，有爆炸的危險，在常規設備上很難安全、可靠、穩定、高效的利用。因此，對低濃度瓦斯燃燒規律和特性的研究很有必要，現階段的研究表明，在瓦斯燃燒的火焰內部插入一段導熱系數高的多孔介質，使熱量在從下游高熱區到上游低熱區的整個介質內循環，在質量流率提高的情況下，火焰還能正常維持，但是多孔介質的性能及結構對瓦斯燃燒火焰穩定性、燃燒后有害氣體CO和NO排放量有很大影響，不同的進氣方式得到的瓦斯燃燒后的有害氣體排放量也不相同。因此，一種能保證低濃度瓦斯正常燃燒，同時能對瓦斯燃燒規律和特性以及燃燒后有害氣體排放量做出定量分析的低濃度瓦斯燃燒試驗系統顯得很有必要，現階段，在對多孔介質材料性能研究方面，研究者們對于多孔介質中熱量傳遞的實驗和理論研究，仍處于初期開發階段，其研究結果和研究方法只能具有一定參考價值。缺乏多孔介質結構、性能參數對燃燒、傳熱與污染排放特性的相關研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠定量分析多孔介質性能、數量對瓦斯燃燒規律影響的低濃度瓦斯燃燒器。

本發明的另一個目的在于提供一種能夠定量分析多孔介質性能、結構、瓦斯-空氣當量比對瓦斯燃燒規律影響的燃燒試驗系統。

本發明還有一個目的在于提供一種能夠定量分析多孔介質性能和結構、瓦斯-空氣當量比對瓦斯燃燒規律影響的燃燒試驗系統控制方法。

為了實現本發明的目的，采取的技術方案是：

一種低濃度瓦斯燃燒器，包括燃燒室，所述燃燒室設有燃燒腔以及與燃燒腔相通的進氣口，所述燃燒腔內設有點火槍，燃燒腔內靠近進氣口一側設有陶瓷芯，所述燃燒室沿陶瓷芯高度方向上至少兩個高度層設有熱電偶，并且同一高度層至少有三個所述熱電偶。

瓦斯從進氣口進入到燃燒腔內，通過點火槍點火使瓦斯在燃燒腔內燃燒，通過熱電偶獲取相應位置上的溫度，并經過分析計算，得到火焰的位置和火焰遷移規律，從而得到陶瓷芯的結構性能對低濃度瓦斯燃燒的影響規律，為設計燃燒器提供理論依據，這種結構簡單，使用方便。

下面對技術方案進一步說明：

在其中一個實施例中，所述陶瓷芯由陶瓷片疊加而成。陶瓷芯由陶瓷片疊加而成可以控制陶瓷芯的總厚度，不同厚度的陶瓷芯能得到不同的瓦斯燃燒效果，從而得到不同厚度陶瓷芯對低濃度瓦斯燃燒的影響規律，為燃燒室的設計提供理論依據。