[發(fā)明專利]一種高準確度的燃氣熱值測量系統(tǒng)的燃燒測試裝置

在審

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• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105717161A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發(fā)明（設計）人: 王玉剛;杜軍燕;潘江;秦宇;孫喜榮;周秉直
• 申請（專利權）人: 中國計量學院;陜西省計量科學研究院
• 主分類號: G01N25/44
• 分類號: G01N25/44
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 杜立

技術領域

本發(fā)明屬于計量測試領域，涉及基于燃燒法測定燃氣熱值的實驗裝置，尤其涉及 不確定度（≤0.3%）的燃氣熱值計量系統(tǒng)。

背景技術

目前，氣體燃料在我國能源結構中所占比重快速提高，燃氣熱值作為天然氣國際 貿易的結算單位，其準確度對燃氣的公平貿易具有十分重要的意義。但是我國現(xiàn)有燃氣熱 值計量體系不完善，遠落后于歐洲國家。

燃氣熱值指一定體積或質量的燃氣完全燃燒所放出的熱量，當所生成的水蒸氣完 全冷凝成水而釋放的熱量稱為高位熱值。氣體燃料熱值測試儀主要基于開放火焰燃燒法， 即燃氣樣品在等溫環(huán)境下定壓燃燒。開放火焰燃燒法又分為兩類：定流量法和定質量法。 GB/T12206-2006中采用“容克式水流式熱量計”就是定流量法開放火焰燃燒法熱值測量裝 置，其熱值不確定度只能達到1%。定質量法最早由Rossini提出，歐洲燃氣測試聯(lián)盟和法國 國家計量院對Rossini法改進后，研制出熱值不確定度達到0.05%的燃氣熱值測量裝置。國 內技術遠不如國際技術。

基于Rossini法直接測試燃氣熱值的基本原理是：一定質量的燃氣送入燃燒室中 緩慢定壓燃燒，釋放的熱量全部由容器內的吸熱介質吸收，通過測試吸熱介質的溫升，可得 到總發(fā)熱量，則燃氣熱值可由下式計算得到：

式中c_eq為容器內吸熱介質與燃燒室、攪拌器等的當量比熱，ΔT為吸熱介質的溫升， m_gas為燃氣質量，K為考慮系統(tǒng)散熱等引起的熱量修正。

獲得高準確度燃氣熱值測試結果的前提是準確測試得到系統(tǒng)當量比熱、吸熱介質 的溫升、燃氣質量以及系統(tǒng)散熱引起的熱量修正。

因此，一種高準確度的燃氣熱值測量系統(tǒng)要求實現(xiàn)系統(tǒng)當量比熱和吸熱介質溫升 的準確測量。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高準確度的燃氣熱值測量系統(tǒng) 的燃燒測試裝置，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種高準確度的燃氣熱值測量系統(tǒng)的燃燒測試裝置，包括外部恒溫槽、主體容器、燃燒 室、導流筒、斜槳式攪拌器、測溫元件、等效熱容測試電加熱單元、半導體預冷單元，燃氣燃 燒釋放的熱量在主體容器內被吸熱介質吸收而得到精確測量，熱值測量不確定度優(yōu)于0.3% （k=2）。

進一步的，所述外部恒溫槽的控溫準確度為±2mK，為燃燒測試提供恒定的環(huán)境溫 度，修正吸熱介質的傳熱量。

進一步的，所述主體容器內所設置吸熱介質是純凈水。進一步的，所述主體容器由 不銹鋼制成雙層殼體和雙層蓋板，所述殼體是直徑不一的兩個圓弧壁面及三塊平板焊接而 成的不規(guī)則桶體。所述殼體與蓋板通過法蘭密封。所述蓋板上加工一定數(shù)目的圓孔，所述攪 拌軸和測溫元件通過直徑不同的圓孔插入主體容器內的吸熱介質中。所述雙層蓋板的開孔 的密封通過緊固件組合與密封圈的配合完成。

進一步的，還包括燃燒室，燃燒室由進氣管、點火腔、燃燒腔、出氣盤管以及點火裝 置和感溫元件組成。

進一步的，所述進氣管包括：燃氣進氣管，自所述點火腔的底部伸入到點火腔的中 上部；氧、氬混合氣體進氣管，分別通過點火腔壁面的下部與點火腔連通。

進一步的，所述點火裝置由兩根金屬點火線及圓環(huán)管組成。所述點火線之間的距 離通過所述圓環(huán)管固定；所述出氣盤管的下部設有水平儲液管；所述感溫元件置于點火腔 的上端。

進一步的，所述斜槳式攪拌器安裝于攪拌軸的底部，位于吸熱介質水位高度的中 部。

進一步的，所述等效熱容測試電加熱單元由電加熱帶、參考電阻和恒定電源串聯(lián) 組成，電加熱帶兩端電壓與參考電阻兩端電壓由數(shù)字萬用表采集。所述電加熱帶均勻纏繞 在燃燒腔的外壁面上。

進一步的，所述半導體預冷單元由半導體制冷片、水冷散熱翅片、散熱風扇、水冷 散熱器、水泵、水箱及連接管道組成。

本發(fā)明的高準確度的燃氣熱值測量系統(tǒng)的燃燒測試裝置通過設置電功率模擬燃 氣燃燒放熱過程，精確測量系統(tǒng)等效熱容量；通過燃燒的方法直接測量燃氣熱值，保證熱值 測量不確定度優(yōu)于0.3%（k=2）。

附圖說明

圖1是發(fā)明的總體結構示意圖；

圖2是燃燒室的結構示意圖；