[實用新型]一種研究水蒸氣濃度對煤粉燃燒特性影響的裝置

有效

• 申請號: 202022955346.0
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN213933734U
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 許揚;李杰;王曉磊;劉鵬程;馬宏怡;蔡安民;林偉榮;王恩民;焦沖
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司;華能山東發電有限公司
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張海平

本實用新型公開的一種研究水蒸氣濃度對煤粉燃燒特性影響的裝置，屬于固體燃料燃燒技術領域。裝置本體包括分隔的上腔室和下腔室；上腔室上端連接布風板，毛細管依次穿過布風板、上腔室和隔板，毛細管上端口與布風板的上方出口連通，下端口與下腔室連通；布風板中部設有中心給粉管；下腔室連接有CO進氣管和H₂進氣管，上腔室連接有CO₂進氣管和O₂進氣管，各進氣管上均設有流量監測及控制裝置。本實用新型成功地在反應場中引入高溫水蒸氣，排除由于溫度干擾帶來的影響；通過將CO與H₂充分混合，使焰后氣體中水蒸氣分布較為均勻。同時，可以通過計算，精確地調節水蒸氣的含量，從而為研究氣氛中水蒸氣濃度對煤粉燃燒特性的影響提供穩定、可控的實驗環境。

技術領域

本實用新型屬于固體燃料燃燒技術領域，具體涉及一種研究水蒸氣濃度對煤粉燃燒特性影響的裝置。

背景技術

巴黎協定要求將全球氣溫上升(相較于前工業化時期)限制在2℃以內，并進一步追求更低的1.5℃。為了實現這一目標，新型的低碳燃燒技術受到了較為廣泛的關注，其中比較有代表性的是富氧燃燒技術。與傳統燃燒使用空氣作為氧化劑不同，在富氧燃燒過程中，將純氧與循環煙氣的混合物作為氧化劑帶入爐膛。由于煙氣的再循環，使得爐膛內部的水蒸氣含量遠高于空氣氣氛，一般情況下富氧燃燒氣氛中的水蒸氣濃度可以達到15～30％，最高可至40％。由空氣燃燒轉至富氧燃燒，由于燃燒氣氛的改變，燃燒過程中的熱力學特性、動力學特性以及化學反應特性等均會發生相應變化。為了厘清環境氣氛變化對煤粉顆粒燃燒產生的影響，需要在實驗室規模小型機理型實驗平臺對富氧環境中爐膛內煤粉顆粒的燃燒行為進行深入的研究，從而為大型實驗臺運行提供支持。

為了更好地進行單個顆粒或者煤粉顆粒流燃燒機理的研究，一般采用較為小型的實驗平臺，并且實驗平臺需最好同時具備可在線采樣性和可視性的特點。此外，由于實驗室研究中采用的煤粉量較小，無法達到自維持燃燒，即無法通過自身燃燒產熱維持爐膛的高溫，因此，需要采用外部加熱或者人為營造高溫氣氛，并且為了與實際爐膛氣氛更為接近，對氣氛的溫度以及氣氛中的組分濃度有較高的要求。目前廣為采用的實驗室規模燃燒器主要包括熱重分析儀、滴管爐和平焰燃燒器。其中，如上所述，由于平焰燃燒器同時具備可在線采樣性和可視性的特點，因此被廣為采用。這里的平焰燃燒器是指利用特定燃料氣(如CO等)、氧化劑(O₂)和稀釋氣(如N₂/CO₂等)，通過燃燒產生高溫焰后氣體，從而為煤粉燃燒提供高溫環境。通過精確控制燃燒器的燃料、氧化劑和稀釋劑的流量，可以精確調整控制燃燒焰后氣體的溫度和氧氣濃度，從而實現不同溫度、氧氣濃度工況下煤粉燃燒行為的研究。雖然平焰燃燒器具有較好的調節性能，但是目前主要的研究工作主要集中于研究環境溫度、氣氛中氧氣濃度以及常規燃燒/富氧燃燒切換時對煤粉燃燒特性產生的影響，而將其用于研究水蒸氣含量影響的工作仍然缺乏有效的方法。

為了在實驗室實驗平臺模擬出實際氣氛中水蒸氣的含量，已有的大部分實驗室研究工作采用了直接用蒸汽發生器產生水蒸氣，并通過一定預熱裝置，使水蒸氣的溫度升高到200℃左右，然后將其通過管路輸送至高溫場中。這種方法簡單可行易操作，因而被廣泛應用在實驗室熱重分析儀、滴管爐以及平焰燃燒器上。值得注意的是，通過直接引入水蒸氣的方法添加氣氛中水蒸氣的含量，一方面，引入的水蒸氣溫度(約為200℃)大都比實驗設定的溫度工況(比如 1200℃)低幾百度，這樣必然會導致原有設定的實驗溫度場發生變化；同時，新引入的水蒸氣在高溫場中空間分布不均勻，從而給實驗結果帶來很大不確定性。另一方面，對于平焰燃燒器來說，引入額外的水蒸氣而不降低原有設定的組分情況，會使得煤粉顆粒所處的氣氛中各組分的分壓發生變化。由于氧氣濃度、二氧化碳濃度等因素也均是影響煤粉燃燒行為的重要因素，因此，這也會給實驗帶來極大的不確定性，使得實驗結果缺乏可信度。

發明內容

為了解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種研究水蒸氣濃度對煤粉燃燒特性影響的裝置，結構設計合理，能夠為研究氣氛中水蒸氣濃度對煤粉燃燒特性的影響提供一個穩定、可控的實驗環境。