煤粉火焰燃烧诊断试验装置，属于煤粉燃烧研究技术领域。本发明专利技术是为了解决现有模拟煤粉在电站煤粉锅炉炉膛中燃烧的实验装置不能模拟煤粉实际燃烧环境，并且不能够利用PLIF系统进行煤粉火焰的燃烧诊断的问题。本发明专利技术燃烧器炉盘平焰区上形成很薄的平焰，可产生高达2000K的温度场和炉内相似的烟气环境；能满足模拟煤粉燃烧局部环境的要求。微量给粉和炉体透光可以保证激光及荧光信号低衰减地通过，4个方形光学窗构成的横截面为方形的燃烧室能够减少对光路的影响，保证高质量的光学测量；给粉管伸出长度可调，保证探测到的真实煤粉火焰的荧光信号；燃烧室内火焰形状和流场为近似轴对称形式利于实验测量研究。整个试验装置在微负压下运行。
【技术实现步骤摘要】
煤粉火焰燃烧诊断试验装置
本专利技术属于煤粉燃烧研究
技术介绍
我国一次能源以煤为主，煤粉燃烧目前是最主要的燃烧方式。我国现役煤粉锅炉排烟中的NOx的浓度较高，而NOx是光化学烟雾、雾霾的主要前驱物和成分。面对日益严重的环境问题，尤其是火电厂氮氧化物排放造成的污染，国家新制定的火电厂大气污染物排放标准中氮氧化物排放限值达到世界上最严格的水平，对我国电站煤粉锅炉燃烧和脱硝技采用先进光学测量诊断手段详尽测量分析煤粉火焰结构变化和火焰中组分和自由基的分布，对揭示煤粉火焰的燃烧反应和燃烧中污染物生成机制具有重要意义，为提出满足煤粉燃烧要求的新燃烧技术提供重要支撑。目前已有的高温环境下煤粉火焰光学测量研究装置是由Hencken型平面扩散火焰燃烧器上主要通过中间插入给粉管改造而成的，在文献“YeY,LiS,LiG,etal.Thetransitionofheterogeneous–homogeneousignitionsofdispersedcoalparticlestreams[J].Combustion&Flame,2014,161(9)：2458–2468”(分散煤粉流的异向-同向着火转变)中所用的一种改造后的可供光学测量的Hencken型平面火焰燃烧器，记为A装置。A装置主要部分是一种横截面为正方形的蜂窝陶瓷结构及插在其上的几百根内径1.2mm不锈钢管，它们产生相互接近的几百个小的非预混火焰片融合形成“平面火焰”，在蜂窝陶瓷结构中间有一根喷煤粉的2mm的钢管。一个55mm×55mm的石英窗使煤粉火焰与环境空气隔离，提供一个好的光学测量条件。A装置工作时，用CO作为扩散火焰的的燃气从1.2mm不锈钢管中给入，O2和N2氮气的混合物作为氧化剂从这些燃气管之间给入，N2作为煤粉的携带气。A装置的缺点主要表现在以下几个方面：一、通过氮气携带煤粉进入燃烧室与实际电站煤粉锅炉中煤粉燃烧情况不符，不能模拟煤粉燃烧局部环境(包括煤粉周围的氧浓度和温度等)，不能研究过量空气系数为1或接近1的工况，因为此时烟气中氧浓度为零或接近零；二、燃气管和给粉管没有水冷，会导致管子温度随时间升高，管子容易烧坏；三、该装置没有保护气保护光学窗，在高温环境下(例如大于2000K时)石英光学窗容易因温度过高而损坏；四、该装置不能用于PLIF方法研究煤粉火焰，因为该装置给粉管是固定的，煤粉火焰位置不能根据不同研究工况调整从而不能满足PLIF(PlanarLaserInducedFluorescence)方法要求的煤粉火焰的自由基和平焰的自由基分开的条件。对于煤粉火焰燃烧诊断实验室研究，试验装置需要能模拟煤粉在电站煤粉锅炉炉膛中实际燃烧情况，不仅要模拟电站煤粉锅炉炉膛中的高温烟气环境，还需模拟煤粉燃烧局部环境包括煤粉周围的氧浓度和温度等。PLIF方法进行燃烧诊断研究，需要试验用炉体保证激光及荧光信号的顺利通过，需要试验中保证给粉量足够小，减少颗粒对激光遮挡干扰；PLIF系统发出探测激光方向和接收的荧光方向呈90度夹角，为了减少光学窗对其光路的影响，光学窗需要可做成矩形；为了PLIF系统探测到真实的煤粉火焰的荧光信号，需使煤粉火焰产生的荧光与平焰产生的荧光区分开。现有的试验装置还不能满足上述要求。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有模拟煤粉在电站煤粉锅炉炉膛中燃烧的实验装置不能模拟煤粉实际燃烧环境，并且不能够利用PLIF系统进行煤粉火焰的燃烧诊断的问题，现提供煤粉火焰燃烧诊断试验装置。煤粉火焰燃烧诊断试验装置，它包括：集成燃烧器、4个方形光学窗、尾气收集装置、旋风分离器、过滤器、干燥装置、引风机、微量给粉机和PLIF光路系统；4个方形光学窗首尾相接所围成的空间作为煤粉火焰燃烧诊断试验装置的燃烧室，该空间为上下通透的立方体；微量给粉机的出粉口与集成燃烧器的进粉端相连通，集成燃烧器的火焰喷射端与燃烧室的上端口连通，燃烧室的下端口与尾气收集装置的进气口相连通，尾气收集装置的出气口与旋风分离器的进气口相连通，旋风分离器的出气口与过滤器的进气口相连通，过滤器的出气口与干燥装置的进气口相连通，干燥装置的出气口与引风机的进气口相连通；PLIF光路系统用于检测煤粉火焰中的自由基；所述集成燃烧器包括：燃烧器炉盘、水冷槽密封皮、二次风管、保护气腔体、预混气腔体、二次风腔体和给粉管；燃烧器炉盘呈圆柱形结构，其中心开有圆孔，该圆孔周围的环形区域作为平焰区，该平焰区内均匀开有n个平焰孔，平焰区周围的环形区域作为保护气区，该保护气区内均匀开有m个保护气孔，燃烧器炉盘的外侧壁开有水冷槽，燃烧器炉盘的外侧壁包裹有水冷槽密封皮，在燃烧器炉盘底端的保护气区外围设有4个弧形凸台，每个弧形凸台上均设有两个调整螺栓，该4个弧形凸台分别用于固定4个方形光学窗，保护气区外围设有密封垫槽，相邻的两个保护气孔的圆心间距离为保护气孔半径的3倍，且相邻的三个保护气孔圆心的连线为正三角形，n个平焰孔的排布结构与m个保护气孔的排布结构完全相同，预混气腔体呈圆筒形结构，燃烧器炉盘的顶端将预混气腔体的底端密封，且n个平焰孔均与预混气腔体的内腔连通，预混气腔体的侧壁开有多个预混气进气孔，二次风腔体呈圆桶形结构，该二次风腔体的开口与预混气腔体的顶端连通，二次风腔体的侧壁开有多个二次风进气孔，二次风腔体与预混气腔体之间通过隔离板密封隔离，二次风管的一端穿过隔离板与二次风腔体的内腔连通，二次风管的另一端穿过燃烧器炉盘的圆孔与燃烧室连通，给粉管的首端依次穿过二次风腔体顶部、隔离板和二次风管与燃烧室连通，并作为集成燃烧器的出粉端，给粉管的末端作为集成燃烧器的进粉端，预混气腔体外套有保护气腔体，预混气腔体与保护气腔体之间的空隙为保护气腔，且该保护气腔与m个保护气孔均连通，保护气腔体侧壁上开有k个保护气进气孔；水冷槽密封皮上开有水冷槽进出孔，该水冷槽进出孔与水冷槽连通；n、m和k均为正整数。本专利技术所述的煤粉火焰燃烧诊断试验装置，能够模拟电站煤粉锅炉炉膛中煤粉燃烧的背景高温烟气环境和局部环境，使实验室研究的煤粉燃烧状态接近实际电站煤粉锅炉炉膛中状态。模拟电站煤粉锅炉炉膛中的高温烟气环境主要通过平流火焰燃烧器来创造，本专利技术燃烧器炉盘平焰区上形成很薄的平焰，可产生高达2000K的温度场和炉内相似的烟气环境；还能够模拟煤粉燃烧局部环境包括煤粉周围的氧浓度和温度等，能满足模拟煤粉燃烧局部环境的要求。微量给粉和炉体透光可以保证激光及荧光信号低衰减地通过，4个方形光学窗构成的横截面为方形的燃烧室能够减少对光路的影响，保证高质量的光学测量；给粉管伸出长度可调，均能够利用PLIF系统探测到的真实煤粉火焰的荧光信号；燃烧室内火焰形状和流场为近似轴对称形式利于实验测量研究。整个试验装置在微负压下运行。轴对称的平面火焰、保护气流场和燃烧室的组合安排，既有利于实施准确的光学测量，也有利于更简单地研究整个燃烧场。光学窗的密封及固定使得光学窗可拆卸，并根据不同试验工况更换不同的光学窗，给粉管也能够根据不同试验工况调整伸出长度，整个试验装置具有很强的对研究工况的适应性。附图说明图1为本专利技术所述的煤粉火焰燃烧诊断试验装置的整体结构示意图；图2为集成燃烧器的剖视图；图3为图2的A部放大图；图4为集成燃烧器的俯视图；图5为集成燃烧器的仰视本文档来自技高网...
【技术保护点】
煤粉火焰燃烧诊断试验装置，其特征在于，它包括：集成燃烧器(1)、4个方形光学窗(2)、尾气收集装置(3)、旋风分离器(4)、过滤器(5)、干燥装置(6)、引风机(7)、微量给粉机(8)和PLIF光路系统(9)；4个方形光学窗(2)首尾相接所围成的空间作为煤粉火焰燃烧诊断试验装置的燃烧室，该空间为上下通透的立方体；微量给粉机(8)的出粉口与集成燃烧器(1)的进粉端相连通，集成燃烧器(1)的火焰喷射端与燃烧室的上端口连通，燃烧室的下端口与尾气收集装置(3)的进气口相连通，尾气收集装置(3)的出气口与旋风分离器(4)的进气口相连通，旋风分离器(4)的出气口与过滤器(5)的进气口相连通，过滤器(5)的出气口与干燥装置(6)的进气口相连通，干燥装置(6)的出气口与引风机(7)的进气口相连通；PLIF光路系统(9)用于检测煤粉火焰中的自由基；所述集成燃烧器(1)包括：燃烧器炉盘(1‑1)、水冷槽密封皮(1‑2)、二次风管(1‑3)、保护气腔体(1‑4)、预混气腔体(1‑7)、二次风腔体(1‑9)和给粉管(1‑11)；燃烧器炉盘(1‑1)呈圆柱形结构，其中心开有圆孔(1‑1‑1)，该圆孔(1‑1‑1)周围的环形区域作为平焰区(1‑1‑2)，该平焰区(1‑1‑2)内均匀开有n个平焰孔，平焰区(1‑1‑2)周围的环形区域作为保护气区(1‑1‑3)，该保护气区(1‑1‑3)内均匀开有m个保护气孔，燃烧器炉盘(1‑1)的外侧壁开有水冷槽(1‑1‑6)，燃烧器炉盘(1‑1)的外侧壁包裹有水冷槽密封皮(1‑2)，在燃烧器炉盘(1‑1)底端的保护气区(1‑1‑3)外围设有4个弧形凸台(1‑1‑5)，每个弧形凸台(1‑1‑5)上均设有两个调整螺栓，该4个弧形凸台(1‑1‑5)分别用于固定4个方形光学窗(2)，保护气区(1‑1‑3)外围设有密封垫槽(1‑1‑4)，相邻的两个保护气孔的圆心间距离为保护气孔半径的3倍，且相邻的三个保护气孔圆心的连线为正三角形，n个平焰孔的排布结构与m个保护气孔的排布结构完全相同，预混气腔体(1‑7)呈圆筒形结构，燃烧器炉盘(1‑1)的顶端将预混气腔体(1‑7)的底端密封，且n个平焰孔均与预混气腔体(1‑7)的内腔连通，预混气腔体(1‑7)的侧壁开有多个预混气进气孔(1‑6)，二次风腔体(1‑9)呈圆桶形结构，该二次风腔体(1‑9)的开口与预混气腔体(1‑7)的顶端连通，二次风腔体(1‑9)的侧壁开有多个二次风进气孔(1‑10)，二次风腔体(1‑9)与预混气腔体(1‑7)之间通过隔离板(1‑8)密封隔离，二次风管(1‑3)的一端穿过隔离板(1‑8)与二次风腔体(1‑9)的内腔连通，二次风管(1‑3)的另一端穿过燃烧器炉盘(1‑1)的圆孔(1‑1‑1)与燃烧室连通，给粉管(1‑11)的首端依次穿过二次风腔体(1‑9)顶部、隔离板(1‑8)和二次风管(1‑3)与燃烧室连通，并作为集成燃烧器(1)的出粉端，给粉管(1‑11)的末端作为集成燃烧器(1)的进粉端，预混气腔体(1‑7)外套有保护气腔体(1‑4)，预混气腔体(1‑7)与保护气腔体(1‑4)之间的空隙为保护气腔，且该保护气腔与m个保护气孔均连通，保护气腔体(1‑4)侧壁上开有k个保护气进气孔(1‑5)；水冷槽密封皮(1‑2)上开有水冷槽进出孔(1‑13)，该水冷槽进出孔(1‑13)与水冷槽连通；n、m和k均为正整数。...
【技术特征摘要】
1.煤粉火焰燃烧诊断试验装置，其特征在于，它包括：集成燃烧器(1)、4个方形光学窗(2)、尾气收集装置(3)、旋风分离器(4)、过滤器(5)、干燥装置(6)、引风机(7)、微量给粉机(8)和PLIF光路系统(9)；4个方形光学窗(2)首尾相接所围成的空间作为煤粉火焰燃烧诊断试验装置的燃烧室，该空间为上下通透的立方体；微量给粉机(8)的出粉口与集成燃烧器(1)的进粉端相连通，集成燃烧器(1)的火焰喷射端与燃烧室的上端口连通，燃烧室的下端口与尾气收集装置(3)的进气口相连通，尾气收集装置(3)的出气口与旋风分离器(4)的进气口相连通，旋风分离器(4)的出气口与过滤器(5)的进气口相连通，过滤器(5)的出气口与干燥装置(6)的进气口相连通，干燥装置(6)的出气口与引风机(7)的进气口相连通；PLIF光路系统(9)用于检测煤粉火焰中的自由基；所述集成燃烧器(1)包括：燃烧器炉盘(1-1)、水冷槽密封皮(1-2)、二次风管(1-3)、保护气腔体(1-4)、预混气腔体(1-7)、二次风腔体(1-9)和给粉管(1-11)；燃烧器炉盘(1-1)呈圆柱形结构，其中心开有圆孔(1-1-1)，该圆孔(1-1-1)周围的环形区域作为平焰区(1-1-2)，该平焰区(1-1-2)内均匀开有n个平焰孔，平焰区(1-1-2)周围的环形区域作为保护气区(1-1-3)，该保护气区(1-1-3)内均匀开有m个保护气孔，燃烧器炉盘(1-1)的外侧壁开有水冷槽(1-1-6)，燃烧器炉盘(1-1)的外侧壁包裹有水冷槽密封皮(1-2)，在燃烧器炉盘(1-1)底端的保护气区(1-1-3)外围设有4个弧形凸台(1-1-5)，每个弧形凸台(1-1-5)上均设有两个调整螺栓，该4个弧形凸台(1-1-5)分别用于固定4个方形光学窗(2)，保护气区(1-1-3)外围设有密封垫槽(1-1-4)，相邻的两个保护气孔的圆心间距离为保护气孔半径的3倍，且相邻的三个保护气孔圆心的连线为正三角形，n个平焰孔的排布结构与m个保护气孔的排布结构完全相同，预混气腔体(1-7)呈圆筒形结构，燃烧器炉盘(1-1)的顶端将预混气腔体(1-7)的底端密封，且n个平焰孔均与预混气腔体(1-7)的内腔连通，预混气腔体(1-7)的侧壁开有多个预混气进气孔(1-6)，二次风腔体(1-9)呈圆桶形结构，该二次风腔体(1-9)的开口与预混气腔体(1-7)的顶端连通，二次风腔体(1-9)的侧壁开有多个二次风进气孔(1-10)，二次风腔体(1-9)与预混气腔体(1-7)之间通过隔离板(1-8)密封隔离，二次风管(1-3)的一端穿过隔离板(1-8)与二次风腔体(1-9)的内腔连通，二次风管(1-3)的另一端穿过燃烧器炉盘(1-1)的圆孔(1-1-1)与燃烧室连通，给粉管(1-11)的首端依次穿过二次风腔体(1-9)顶部、隔离板(1-8)和二次风管(1-3)...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙锐，邹高鹏，张蕾，彭江波，于欣，吴少华，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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