【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃烧测试，尤其涉及一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统及测试方法。
技术介绍
1、天然气由于安全性和稳定性较好，被广泛应用于各行各业。但天然气同时存在着稀燃能力差、火焰传播速度慢、燃烧速率低以及着火延迟期长的缺点，目前，通常在天然气中掺氢后使用，其一方面有助于减小碳排放，以解决能源危机和环境污染等问题，另一方面可以有效提升天然气的燃烧速率，缩短滞燃期。
2、由于天然气的主要成分是甲烷，因此搭建甲烷掺氢燃烧系统，对研究火焰稳定性、温度场分布、出口污染物生成规律等具有重要意义。根据燃料与空气是否先混合后再送入燃烧室燃烧，燃烧系统可以分为预混燃烧和扩散燃烧。预混燃烧通常用于燃气燃烧器、内燃机等设备中，扩散燃烧通常用于工业燃烧炉、火焰加热器等设备中。由于扩散燃烧系统中的燃料与空气未预先混合，燃料由喷口喷出后才同周围的空气混合燃烧，因此，燃料喷口内不存在空气，火焰不会缩入喷口内。扩散燃烧的方式有效避免了回火，同时具有良好的可调性，但也是由于燃料与空气未预先混合，现有的扩散燃烧系统存在着燃烧效率低以及燃烧不稳定的问题。另外，现有的扩散燃烧系统一般采用直管或三通进行甲烷与氢气的混合，会导致甲烷与氢气混合不均匀，进而影响燃烧的稳定性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决传统的扩散燃烧系统存在的燃烧效率低、燃烧不稳定以及甲烷与氢气混合不均匀的技术问题，而提供一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统及测试方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供的技术解决方案如下：
3、一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特殊之处在于，包括配气单元、燃烧单元及监测单元；
4、所述配气单元包括燃料配气模块和空气配气模块；
5、所述燃料配气模块包括第一支路、第二支路以及第一混流罐，第一支路和第二支路的入口端分别用于输入甲烷和氢气，出口端均与第一混流罐连通，用于使甲烷和氢气在第一混流罐中混流形成掺氢甲烷燃料；
6、所述第一支路和第二支路上分别安装有气体质量流量控制计，用于分别调节和显示第一支路和第二支路的质量流量；
7、所述燃烧单元包括燃料输送管道、空气输送管道、环形喷管以及燃烧室；
8、所述环形喷管包括燃料喷管和同轴设置在燃料喷管外侧的空气喷管；
9、所述燃料输送管道的入口端与第一混流罐连通，其出口端与燃料喷管入口端连通；空气输送管道的入口端与空气配气模块的出口端连通，其出口端与空气喷管入口端连通；
10、所述燃料喷管的出口端设置有与燃料喷管连通的环形钝体；所述环形钝体位于空气喷管内，环形钝体的外径由入口端向出口端方向逐渐增大设置；
11、所述环形钝体的出口端与空气喷管的出口端平齐，且均与燃烧室的入口端连通；
12、所述监测单元用于实时监测燃烧室的火焰颜色、火焰组织形态、温度分布以及出口烟气成分。
13、进一步地，所述环形钝体外侧壁与燃料喷管相应一侧外侧壁之间的夹角为135°～165°。
14、进一步地，所述空气输送管道上设置有预热器。
15、进一步地，所述预热器采用电阻丝加热或采用高温烟气或高温废气加热。
16、进一步地，所述环形钝体外侧壁与燃料喷管相应一侧外侧壁之间的夹角为160°。
17、进一步地，所述空气配气模块包括第三支路、第四支路以及第二混流罐，第三支路和第四支路的入口端用于分别输入氧气和氮气，出口端均与第二混流罐连通，用于使氧气和氮气在第二混流罐中混流形成空气；
18、所述第三支路和第四支路上分别安装有气体质量流量控制计，用于分别调节和显示第三支路和第四支路中气体的质量流量；
19、所述空气输送管道的入口端与第二混流罐连通。
20、进一步地，所述环形钝体的入口端与燃料喷管的出口端通过螺纹连接实现固连。
21、进一步地，所述第一支路、第二支路以及第三支路上分别设置有与第四支路入口端连通的旁路，用于向第一支路、第二支路以及第三支路分别输入氮气。
22、进一步地，所述第一支路、第二支路、第三支路以及第四支路结构相同，均包括球阀、减压阀、电磁阀、阻火器以及压力表；
23、所述球阀、减压阀、电磁阀、阻火器气体输入输出顺序依次设置在相应支路上；
24、所述气体质量流量控制计安装于减压阀和电磁阀之间，用于调节和显示相应的第一支路、第二支路、第三支路以及第四支路中气体的质量流量；
25、所述压力表位于减压阀与气体质量流量控制计之间，用于测量进入质量流量控制计的气体压力。
26、一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
27、1】搭建上述的一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统；
28、2】使第一混流罐中的掺氢甲烷燃料和空气配气模块中的空气分别通过燃料输送管道和空气输送管道输送入燃料喷管和空气喷管中，并点火启动；
29、3】进行调控测试
30、3.1】第一阶段：保持初步设定的掺氢甲烷的掺氢比例和质量流量均不变，监测并记录不同当量比时，燃烧室中的火焰颜色、火焰组织形态、温度分布及出口烟气排放成分；
31、3.2】第二阶段：保持初步设定的掺氢甲烷的质量流量不变，改变掺氢甲烷的掺氢比例，监测并记录不同当量比时，燃烧室的火焰颜色、火焰组织形态、温度分布及出口烟气排放成分；
32、3.3】第三阶段：保持初步设定的掺氢甲烷的掺氢比例不变，改变掺氢甲烷的质量流量，监测并记录不同当量比时，燃烧室的火焰颜色、火焰组织形态、温度分布及出口烟气排放成分；
33、3.4】第四阶段：保持步骤3.3中的掺氢甲烷的质量流量不变，改变掺氢甲烷的掺氢比例，监测并记录不同当量比时，燃烧室的火焰颜色、火焰组织形态、温度分布及出口烟气排放成分；
34、每个阶段根据监测到的火焰颜色、火焰组织形态、温度分布及出口烟气排放情况，其相应的调控策略为：若火焰出现麦黄色或浑浊火焰、碳烟或出口co浓度增加，则减小当量比；若监测的最高温度超过温度阈值，则减小掺氢甲烷的掺氢比例或当量比；若监测的出口氮氧化物浓度增加超过阈值，则减小掺氢甲烷的掺氢比例；若观察火焰飘忽不定、轮廓不清晰或剧烈颤动，则减小当量比；
35、4】将步骤3.1-步骤3.4中燃烧室火焰颜色、火焰组织形态、温度分布及出口烟气排放成分四项指标均达到设定值时，记录的掺氢甲烷的质量流量、掺氢比例及当量比作为燃烧设定值，完成燃烧测试。
36、本专利技术相比于现有技术的有益效果为：
37、1、本专利技术提供的一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，通过掺氢甲烷配气模块中气体质量流量控制计实现不同掺氢比例、当量比的精准调控，并通过第一混流罐实现甲烷和氢气的均匀混合，相较于一般采用直管或三通的方式，提高了混合气体的均匀性和安全性；甲烷和氢气均匀掺混后可有效减少碳排放，提高火焰燃烧速率，缩短着火延迟期，且扩散燃烧不产生回本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特征在于：
6.根据权利要求1-5任一所述的一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特征在于：
9.根据权利要求8所述的一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特征在于：
10.一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种甲烷掺氢高效稳燃燃烧测试系统，其特征在于：
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡国华，陈方正，王海清，张刚，庄林家，王忠良，王斯民，肖娟，刘乔迈，李天雷，廖勇，王雅熙，李科，陈俊文，鲜宁，
申请(专利权)人：浙江能源天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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