一种火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备制造技术

本发明专利技术属于配气设备相关技术领域，其公开了一种火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备，所述燃气配气设备包括混合罐、连接于所述混合罐的燃烧器及多条输气管路，多条所述输气管路的一端分别连接于所述混合罐，另一端分别连接于主燃气源及多个辅助燃气源，多个所述辅助燃气源分别提供多种不同的辅助燃气；其中，多条所述输气管路均能各自单独被控制。所述燃气配气设备通过辅助燃气与主燃气的混合配气，使得燃气配气系统具备一定的灵活性和鲁棒性，维持纳米颗粒产品形状不受燃气成分波动的影响；且所述燃气配气设备的结构简单，灵活性及适用性均较好。好。好。

【技术实现步骤摘要】
一种火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备


[0001]本专利技术属于配气设备相关
，更具体地，涉及一种火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备。

技术介绍

[0002]火焰合成纳米颗粒是一个高温气溶胶过程，包括前驱体化学反应、颗粒成核、表面生长、碰撞、凝并和烧结等颗粒动力学过程。火焰合成过程中组分浓度场、温度场、颗粒停留时间等会对纳米颗粒的尺寸、形貌、晶相等产生重要的影响。常规火焰合成纳米颗粒的过程主要通过调控高温区的颗粒停留时间和颗粒浓度，达到对纳米颗粒的尺寸、形貌和晶型的调控。以采用TiCl4前驱体合成TiO2纳米颗粒的过程为例，在较低温度下，TiCl4与水蒸气发生水解反应占主导，生成球形的钙钛矿型颗粒；在较高温度下，TiCl4与氧气发生氧化反应占主导，生成多面体的金红石型颗粒。
[0003]火焰合成所采用的燃气一般是甲烷、氢气、丙烷、一氧化碳等，不同燃料的热值、燃烧温度、碳氢比等存在明显差异，对纳米颗粒产品的形状具有较大影响。在实际生产中，火焰合成系统的设计一般需要选定某种燃料作为主燃料，比如使用最广泛的天然气(主成分甲烷)。针对选定的主燃料，需要考虑两方面的问题，一个是燃料气体成分的波动带来的影响；另一个是燃料的可替代性，随着各种燃气市价的变化，可以采用更便宜的其它燃气。因此燃气配气系统应具备一定的灵活性和鲁棒性，能够对不同的燃料进行混合配气以达到相同的燃烧效果，包括燃烧热功率、燃烧温度、烟气中组分浓度(如水蒸气)等。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备，所述燃气配气设备通过辅助燃气与主燃气的混合配气，使得燃气配气系统具备一定的灵活性和鲁棒性，维持纳米颗粒产品形状不受燃气成分波动的影响。另一方面，燃气供应不受限于使用单一燃气，石油气、焦炉气、合成气、生物沼气等工业副产品以及可再生能源成为更加经济的燃气选项。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备，所述燃气配气设备包括混合罐、连接于所述混合罐的燃烧器及多条输气管路，多条所述输气管路的一端分别连接于所述混合罐，另一端分别连接于主燃气源及多个辅助燃气源，多个所述辅助燃气源分别提供多种不同的辅助燃气；
[0006]其中，多条所述输气管路均能各自单独被控制。
[0007]进一步地，所述输气管路包括管道、气阀、干燥装置、流量控制计及压力表，所述气阀、所述干燥装置、所述流量控制计及所述压力表沿所述输气管路内的气体流动方向依次设置在所述管道上。
[0008]进一步地，所述主燃气源的压力及多个所述辅助燃气源的压力均高于所述混合罐的压力。
[0009]进一步地，所述主燃气为天然气、石油气、焦炉气、合成气或者生物沼气。
[0010]进一步地，所述辅助燃气为甲烷、氢气、一氧化碳或者乙烷。
[0011]进一步地，辅助燃气的路数为两路，两路所述辅助燃气的燃烧热值不同。
[0012]进一步地，两路所述辅助燃气与主燃气的碳氢比不同。
[0013]进一步地，燃烧器的燃气流量、燃烧热功率、燃烧产物水蒸气摩尔体积分数、燃烧温度分别为Q
aim
、P
aim
、C
aim
、T
aim
；采用一路主燃气a、两路辅助燃气b、c进行混合配气，则气体体积流量Q满足以下控制方程组：
[0014][0015]其中，α为替代燃气过量系数，调节燃气配气与目标燃气的流量关系，q为燃气低位热值，γ为设计燃气烟气系数，即单位摩尔燃气产生的烟气量，T为燃气绝热燃烧温度；Q
a
为主燃气体积流量；Q
b
为辅助燃气b体积流量；Q
c
为辅助燃气c体积流量；q
a
为主燃气低位燃烧热值；q
b
为辅助燃气b低位燃烧热值；q
c
为辅助燃气c低位燃烧热值；C
a
为主燃气燃烧产物中水蒸气摩尔体积分数；C
b
为辅助燃气b燃烧产物中水蒸气摩尔体积分数；C
c
为辅助燃气c燃烧产物中水蒸气摩尔体积分数；T
a
为主燃气绝热燃烧温度；T
b
为辅助燃气b绝热燃烧温度；T
c
为辅助燃气c绝热燃烧温度。
[0016]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备主要具有以下有益效果：
[0017]1.所述燃气配气设备主要通过主/辅助燃气的燃烧特性调配各自的流量和混合比例，从而调节燃烧器的热功率、燃烧温度和燃烧反应产物中的特定组分(如水蒸气)浓度，使燃气配气系统具备一定的灵活性和鲁棒性。
[0018]2.本专利技术选择不同燃烧热值的辅助燃气，对主燃气的燃烧放热实现补偿调节，调节火焰合成装置的热功率；选择不同绝热燃烧温度的辅助燃气，通过主/辅助燃气混合比例调节火焰温度；选择不同碳氢比的辅助燃气，对燃烧反应产物中特定组分(如水蒸气)含量进行调节。
[0019]3.通过气体流量控制方程组，选取合适的主燃气/辅助燃气并合理分配体积流量后可以达到设计的燃烧效果，以及实现不同燃气间的可替代性，便于降低燃料成本。
[0020]4.所述燃气配气设备的结构简单，实用性较强，有利于推广应用。
附图说明
[0021]图1是本专利技术提供的火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备的结构示意图。
[0022]图2是本专利技术实施例1中纯甲烷以当量比燃烧的特定组分(水蒸气)的浓度分布示意图。
[0023]图3是本专利技术实施例1中体积比为乙烷：一氧化碳：氢气＝0.462：0.187：0.351的替代燃料，以当量比燃烧的特定组分(水蒸气)的浓度分布示意图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025]请参阅图1，本专利技术提供的火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备，所述燃气配气设备包括混合罐、连接于所述混合罐的燃烧器及多条输气管路，多条所述输气管路的一端分别连接于所述混合罐，另一端分别连接于主燃气源及多个辅助燃气源，多个所述辅助燃气源分别提供多种不同的辅助燃气。
[0026]所述输气管路包括管道、气阀、干燥装置、流量控制计及压力表，所述气阀、所述干燥装置、所述流量控制计及所述压力表沿所述输气管路内的气体流动方向依次设置在所述管道上。其中，所述主燃气源的压力及多个所述辅助燃气源的压力均高于所述混合罐的压力，使得燃气只能由气源向所述混合罐流动，并在所述混合罐内进行充分混合，然后供给所述燃烧器。
[0027]与常规火焰合成装置使用高纯燃气不同，所述燃气配气设备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备，其特征在于：所述燃气配气设备包括混合罐、连接于所述混合罐的燃烧器及多条输气管路，多条所述输气管路的一端分别连接于所述混合罐，另一端分别连接于主燃气源及多个辅助燃气源，多个所述辅助燃气源分别提供多种不同的辅助燃气；其中，多条所述输气管路均能各自单独被控制。2.如权利要求1所述的火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备，其特征在于：所述输气管路包括管道、气阀、干燥装置、流量控制计及压力表，所述气阀、所述干燥装置、所述流量控制计及所述压力表沿所述输气管路内的气体流动方向依次设置在所述管道上。3.如权利要求1所述的火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备，其特征在于：所述主燃气源的压力及多个所述辅助燃气源的压力均高于所述混合罐的压力。4.如权利要求1所述的火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备，其特征在于：所述主燃气为纯天然气、石油气、焦炉气、合成气或者生物沼气。5.如权利要求1所述的火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备，其特征在于：所述辅助燃气为甲烷、氢气、一氧化碳或者乙烷。6.如权利要求1
‑
5任一项所述的火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备，其特征在于：辅助燃气的路数为两路，两路所述辅助燃气的燃烧热值不同。7.如权利要求6所述的火焰合成纳米颗粒的燃气配气设备，其特征在于：两路所述辅助燃气与主燃气的碳氢比不同。8.如权利要求1所述的火焰合成纳米颗粒的燃气...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海波，徐祖伟，尚诚，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：