一种大颗粒煤焦燃烧特性测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大颗粒煤焦燃烧特性测试系统，属于实验设备技术领域。该测试系统包括炉体和支撑炉体的支架；还包括工作台、升降装置、水冷装置和进气均风装置；通过将炉体分为三段加热区，上段加热区与下段加热区最高加热温度为1350℃，中间段加热区的最高加热温度为1600℃，可实际模拟层燃锅炉大颗粒燃烧高温需求。并通过采用双导轨升降平台控制燃料的升降速率与升降高度，以模拟层燃锅炉燃料入炉后升温、燃烧、燃尽的过程。本发明专利技术公开的测试系统能有效解决目前采用热重分析仪研究煤焦反应特性存在的技术问题，为优化层燃锅炉燃烧提供理论支撑，适于推广与应用。

【技术实现步骤摘要】
一种大颗粒煤焦燃烧特性测试系统
本专利技术属于实验设备
，涉及一种研究煤焦燃烧反应特性的实验装置，具体涉及一种大颗粒煤焦燃烧特性测试系统。
技术介绍
我国工业锅炉数量较多，截止到2018年我国共有工业锅炉数量约为39万台，工业锅炉中燃煤链条锅炉数量巨大，文献记载在2010年时燃煤链条锅炉数量近30万台，随着《燃煤锅炉节能环保综合提升工程实施方案》与“煤改气”工程的实施，燃气锅炉数量的增多与部分小型链条锅炉拆除，但现有链条锅炉的数量仍在工业锅炉中占有重要比例。我国的层燃锅炉多以小容量的为主，具有煤种变化大、品质低、区域高强度、低空排放的特点，普遍存在燃烧效率较低等现象，但由于我国“缺油、少气、富煤”的能源结构，故较长一段时间内燃煤工业锅炉仍然存在，为我国工业生产与民用供暖发挥重要作用。层燃燃煤锅炉燃用煤的粒度较大，最大可燃烧30-40mm粒径煤粒，但由于大颗粒燃烧过程中受灰层有效扩散系数、焦炭反应特性下降等影响导致层燃锅炉普遍存在灰渣中含碳量较高等问题。目前研究煤焦燃烧反应特性的多为热重仪器分析，但热重分析仪颗粒重量一般最大在2mg左右，且受加热速率(一般小于50℃/min)与最高温度(一般为1200℃)影响，不能直接反应大颗粒煤焦反应特性。因此，开发一种可测量大颗粒煤焦燃烧反应特性的测试系统成为了本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种大颗粒煤焦燃烧特性测试系统。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种大颗粒煤焦燃烧特性测试系统，包括：炉体和支撑所述炉体的支架；还包括：工作台、升降装置、水冷装置和进气均风装置；所述工作台安设于所述支架上，且所述工作台设有PID温控仪表和开关器件；所述炉体自外向内依次由保温层、炉衬和炉膛组成；所述炉体分为三段加热区，所述加热区内设有加热棒和热电偶，且所述加热棒、所述热电偶分别与所述PID温控仪表电性连接；所述升降装置位于所述炉体的顶端，且所述升降装置包括双导轨升降平台、下挂式天平和载料器件；所述下挂式天平放置于所述双导轨升降平台的托板上，且所述下挂式天平通过铂丝与所述载料器件连接；所述炉体的顶端设有一空腔，所述空腔的顶端设有密封其的耐热带孔不锈钢板；所述水冷装置盘绕于所述空腔的外壁，且所述水冷装置包括设于所述空腔壁外的进水接管和出水接管；所述进气均风装置包括多孔均风网及设于所述空腔壁外的进气管口和排气出口。其中，本专利技术将炉体分为三段加热区，且炉膛为刚玉莫来石管，上段加热区与下段加热区最高加热温度为1350℃，中间段加热区的最高加热温度为1600℃，可实际模拟层燃锅炉大颗粒燃烧高温需求。且三段加热区采用温度分区控制，可单独设定加热温度，不同设置的加热终端温度可实现炉内温度场梯度(0℃～终端温度)。需要说明的是，因目前研究煤焦反应特性的多为热重仪器分析，但热重分析仪颗粒重量一般最大在2mg左右，不能直接反应大颗粒煤焦燃烧反应特性；且层燃锅炉颗粒升温速率较快，而热重分析仪的加热速率一般小于50℃/min，其与实际煤焦热过程有一定偏差；以及煤焦燃烧反应特性受温度影响较大，目前热重分析仪器最高温度一般为1200℃，其与层燃锅炉典型燃烧温度1350℃，甚至实际更高的燃烧温度存有较大差距。所以，提出一种可测量大颗粒煤焦燃烧反应特性的测试系统意义重大。此外，我国燃煤工业层燃锅炉数量巨大，由于层燃锅炉燃料粒度相对较大等特性，普遍存在灰渣含碳量高等问题。本专利技术公开的测试系统既可分析大颗粒煤焦燃烧反应特性与污染物排放生成规律，又可分析不同煤种燃烧特性的差异，为优化层燃锅炉燃烧提供理论支撑，以实现兼顾能效的低污染物排放。进一步的，所述大颗粒煤焦燃烧特性测试系统还包括观测孔；所述观测孔设置于所述炉体的外壁，且所述观测孔用于观测所述炉膛内燃料的燃烧情况，以及宏观分析温度与燃烧气氛的变化对所述燃料燃烧的影响。值得说明的是，所述观测孔为对开式，一侧为Φ20mm圆孔，一侧为高200mm、宽20mm长方孔。且所述观测孔装有耐高温石英玻璃和耐高温密封条，在保证炉体气密性的同时又可直接观察燃料燃烧时状态，也可宏观分析燃料随温度变化及燃烧气氛变化对燃烧的影响。优选的，所述加热区内设有三根呈120°均匀布置的加热棒，且所述加热棒为U型硅碳棒。优选的，所述热电偶为铂金热电偶，且所述热电偶均匀布置于所述加热区。进一步的，所述炉体三段加热区采用分别加热方式，上下段加热区分别设置三根U型硅碳棒，中段加热区设置三根U型直角硅钼棒加热，每层U型加热棒呈120°均匀布置，且每段加热区的加热棒与智能温控仪表连接，通过软件同时与智能温控仪表通讯，实现对加热程序的编制以及升温过程温度数据的储存。其中，智能温控仪表不仅可以实现不同加热速率、加热时间、停留时间等参数的编制，并在终端温度保温，还能实现不同加热条件下燃烧对比分析。更进一步的，上下段加热区分别设置三根B分度铂金热电偶，中段加热区设置三根S分度铂金热电偶，上述三根热电偶分别平均布置于每段加热区。且每段加热区中部热电偶信号反馈至加热棒温控仪，通过温控仪控制加热棒启停及加热速率，并维持炉体内部温度不变。优选的，所述载料器件为铂金料筐或铂金坩埚，且所述载料器件、所述下挂式天平和所述炉膛处在同一轴线。需要说明的是，本专利技术采用双导轨升降平台，平台托板上可放置下挂式天平，天平可随托板升降，且双导轨升降平台与控制软件通讯，可设置控制升降速率及升降高度。其中双导轨升降平台垂直升降量程范围为0～1610mm，最大载重为50kg，升降速率为0～400mm/s范围可调。进一步的，本专利技术采用双轨升降以保证升降过程中平台的稳定性，降低对天平晃动的影响。更进一步的，载料器件采用纯度为99.9％铂金丝编制或铸造而成，以满足1600℃温度下较小延伸度，且载料器件与下挂式天平通过铂金丝连接，并根据炉内温度场梯度设置平台升降速率，以模拟层燃锅炉燃料入炉后升温、燃烧、燃尽过程，实现与实际相符合的高升温速率，模拟层燃燃烧过程。需要说明的是，样品吊篮移动的距离即炉外(环境温度测点位置)至炉内温度最高点，沿纵向通过热电偶标定多点的温度并计算温度场，随后依据高升温速率(如200℃/min)设定升降速率。此外，天平采用下勾式，最大量程为220g，精度为千分之一，且天平自动存储功能可设置数据读取频率(1组/s)并将实时读数与对应时间传送至电脑绘制曲线，以便计算大颗粒煤焦TG、DTG特性参数。优选的，所述多孔均风网设于所述空腔的内部，且所述多孔均风网与所述炉膛相抵接。优选的，所述炉衬的两端分别设有封堵板，且所述封堵板与所述炉体抵接。优选的，所述加热区通过所述加热棒加热，并通过所述PID温控仪表程序控制加热温度及加热速率；其中所述加热棒、所述PID温控仪表分别与所述开关器件电性连接。进一步优选的，所述加热区的最高加热温度为1600℃，且所述加热区的加热速率为15℃/min～2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大颗粒煤焦燃烧特性测试系统，包括：炉体和支撑所述炉体的支架；其特征在于，还包括：工作台、升降装置、水冷装置和进气均风装置；/n所述工作台安设于所述支架上，且所述工作台设有PID温控仪表和开关器件；/n所述炉体自外向内依次由保温层、炉衬和炉膛组成；所述炉体分为三段加热区，所述加热区内设有加热棒和热电偶，且所述加热棒、所述热电偶分别与所述PID温控仪表电性连接；/n所述升降装置位于所述炉体的顶端，且所述升降装置包括双导轨升降平台、下挂式天平和载料器件；所述下挂式天平放置于所述双导轨升降平台的托板上，且所述下挂式天平通过铂丝与所述载料器件连接；/n所述炉体的顶端设有一空腔，所述空腔的顶端设有密封其的耐热带孔不锈钢板；所述水冷装置盘绕于所述空腔的外壁，且所述水冷装置包括设于所述空腔壁外的进水接管和出水接管；所述进气均风装置包括多孔均风网及设于所述空腔壁外的进气管口和排气出口。/n

【技术特征摘要】
1.一种大颗粒煤焦燃烧特性测试系统，包括：炉体和支撑所述炉体的支架；其特征在于，还包括：工作台、升降装置、水冷装置和进气均风装置；
所述工作台安设于所述支架上，且所述工作台设有PID温控仪表和开关器件；
所述炉体自外向内依次由保温层、炉衬和炉膛组成；所述炉体分为三段加热区，所述加热区内设有加热棒和热电偶，且所述加热棒、所述热电偶分别与所述PID温控仪表电性连接；
所述升降装置位于所述炉体的顶端，且所述升降装置包括双导轨升降平台、下挂式天平和载料器件；所述下挂式天平放置于所述双导轨升降平台的托板上，且所述下挂式天平通过铂丝与所述载料器件连接；
所述炉体的顶端设有一空腔，所述空腔的顶端设有密封其的耐热带孔不锈钢板；所述水冷装置盘绕于所述空腔的外壁，且所述水冷装置包括设于所述空腔壁外的进水接管和出水接管；所述进气均风装置包括多孔均风网及设于所述空腔壁外的进气管口和排气出口。


2.根据权利要求1所述的一种大颗粒煤焦燃烧特性测试系统，其特征在于，还包括观测孔；所述观测孔设置于所述炉体的外壁，且所述观测孔用于观测所述炉膛内燃料的燃烧情况，以及宏观分析温度与燃烧气氛的变化对所述燃料燃烧的影响。


3.根据权利要求1所述的一种大颗粒煤焦燃烧特性测试系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张松松，董勇，翟明，齐国利，邬爱国，
申请(专利权)人：中国特种设备检测研究院，山东大学，哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11