微型双床固体燃烧解耦燃烧反应动力学分析仪制造技术

本发明专利技术提供了一种微型双床固体燃料解耦燃烧反应动力学分析仪，包括燃料热解反应发生装置、残焦燃烧反应发生装置、双床高温耦连装置、气路装置和分析测试装置。固体燃料先在微型气流床中惰性气氛下热解，然后残焦进入微型气流床空气气氛下燃烧测试，通过快速气体检测仪测量燃料热解和焦炭燃烧过程中气体组分的产生序列和产生量特性来推断反应机理，进而求解反应动力学参数。本发明专利技术能通过气氛和温度的独立快速切换，直接解耦燃烧测试固体燃料燃烧动力学参数，热解残焦不经冷却过程，直接进行燃烧测试，且气流床和流化床的升温速率快，能更好地模拟实际锅炉内燃烧条件，测得的反应动力学参数更接近本征的反应动力学参数。

Micro double bed solid combustion decoupling combustion reaction kinetic analyzer

The invention provides a kinetic analyzer decoupling micro double bed combustion of solid fuel, including fuel pyrolysis reaction device, char combustion reaction device, double bed temperature coupling device, gas path analysis device and testing device. The first solid fuel in micro flow bed in inert atmosphere pyrolysis char, then enter the micro flow bed air combustion test, through pyrolysis and char combustion gas detector fast measurement of fuel quantity characteristics of gas components generated sequence and process to infer the reaction mechanism, thus solving the kinetic parameters. The invention can quickly switch through independent atmosphere and temperature, directly decoupling combustion kinetic parameters of solid fuel combustion test, the pyrolysis char without cooling process, direct combustion test, and entrained flow fluidized bed and the heating rate is fast, it can better simulate the actual combustion conditions of the boiler, the kinetic parameters measured closer to the reaction the kinetic parameters of this syndrome.

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种微型双床固体燃料解耦燃烧反应动力学分析仪，包括燃料热解反应发生装置、残焦燃烧反应发生装置、双床高温耦连装置、气路装置和分析测试装置。固体燃料先在微型气流床中惰性气氛下热解，然后残焦进入微型气流床空气气氛下燃烧测试，通过快速气体检测仪测量燃料热解和焦炭燃烧过程中气体组分的产生序列和产生量特性来推断反应机理，进而求解反应动力学参数。本专利技术能通过气氛和温度的独立快速切换，直接解耦燃烧测试固体燃料燃烧动力学参数，热解残焦不经冷却过程，直接进行燃烧测试，且气流床和流化床的升温速率快，能更好地模拟实际锅炉内燃烧条件，测得的反应动力学参数更接近本征的反应动力学参数。【专利说明】微型双床固体燃烧解耦燃烧反应动力学分析仪
本专利技术属于电加热实验设备，具体涉及一种微型双床固体燃料解耦燃烧反应动力学分析仪，主要适用于各种固体燃料在解耦燃烧条件下，其热解反应和焦炭燃烧反应的特性及相关动力学参数的测试，同时可以实现热解残焦的原位分析测试。
技术介绍
固体燃料燃烧过程的研究一般解耦为两个阶段，即固体燃料的热解和焦炭的燃烧。固体燃料的热解过程实际上是煤的大分子在温度较高时某些弱键发生断键，从而析出轻质的气态物质、焦油，残余的分子键再聚合生成稳定的主要由碳组成的大分子。燃料热解之后剩下的焦炭，其着火和燃尽相对困难，因此燃料的燃烧速度及燃尽时间均主要由焦炭决定。对于传统的粉煤燃烧锅炉来说，焦炭的燃烧约占全部燃烧时间的90%。由于这两个过程的反应机理和反应速率有很大的差异，为了分别研究每个过程的反应本质及反应速率的影响因素，需要把煤燃烧过程分级解耦为煤的热解过程与焦炭的燃烧过程。目前常用的解稱研究方法(详见文献:Yu Jianglong et a.,Progress in Energyan Combustion Science, 2007, Vol.33, pp.135-170)是先采用固定床或者沉降炉在惰性气氛下制焦，之后将得到的焦在热天平上测量焦炭燃烧的动力学参数。但是热天平升温速率慢，焦炭的燃烧速率很慢，且焦炭处于静止状态，与实际锅炉内燃料的快速燃烧过程差别很大。专利号为ZL200610171515.3的中国专利技术专利《气固反应动力学参数分析仪》中采用微型流化床或微型喷动床测量焦炭的燃烧动力学参数，这克服了热天平升温速率慢、样品处于静止状态的缺陷，但是制取的焦炭仍然会有一个冷却后加热的过程，这会改变制取焦炭的反应活性，这样测得的动力学参数不能很好地反应实际过程中焦炭的活性。
技术实现思路
为了更好地研究固体燃料的燃烧过程，准确地测量出未经历冷却过程的焦炭燃烧动力学参数，本专利技术提供了一种微型双床固体燃烧解耦燃烧反应动力学分析仪；该微型双床固体燃烧解耦燃烧反应动力学分析仪可以控制热解和燃烧过程的温度以及气氛切换，直接原位分析固体燃料分级热解和燃烧过程，保证制取的焦炭物理和化学结构不受温度等因素的影响，保证焦炭燃烧过程中的原位测试条件，从而获取原位焦的动力学参数。本专利技术采用的技术方案为:一种微型双床固体燃料解耦燃烧反应动力学分析仪，包括燃料热解反应发生装置、残焦燃烧反应发生装置、双床高温耦连装置、气路装置和分析测试装置；所述燃料热解反应发生装置包括微型气流床、第一高温炉本体、第一加热元件和第一热电偶；第一加热元件布置在微型气流床与第一高温炉本体的炉壁之间，第一热电偶插入微型气流床内；所述残焦燃烧反应发生装置包括微型流化床、第二高温炉本体、第二加热元件和第二热电偶；第二加热元件布置在微型流化床与第二高温炉本体的炉壁之间，第二热电偶插入微型流化床内；所述双床高温耦连装置包括旋风分离器、旋转截止阀门、第三热电偶和止气夹；旋风分离器上设置有入口、落灰口和排气口，所述入口与微型气流床的出口相连，所述落灰口经第一管路与微型流化床的入口相连，所述第一管路上设置有旋转截止阀门和第三热电偶；所述排气口经第二管路与分析测试装置相连，所述第二管路上设置有止气夹；所述双床高温耦连装置与微型气流床的温度差在50°C以内；气路装置包括第一气源、第二气源、惰性进气气路、微量脉冲进气气路和混合空气进气气路；惰性进气气路用于连接第一气源与微型气流床，所述惰性进气气路上设置有质量流量计和给粉器，给粉器与微型气流床的入口相连；微量脉冲进气气路用于连接第一气源与微型气流床，所述微量脉冲进气气路上设置有压力变送器和电磁阀，所述电磁阀与一过程编程控制器相连；混合空气进气气路用于连接第一气源、第二气源和微型流化床，所述混合空气进气气路上设置有混气罐，混气罐与第一气源之间设置有第一流量计，混气罐与第二气源之间设置有第二流量计；分析测试装置包括快速气体检测仪、第一过滤器、第二过滤器、三通管和毛细管，第一过滤器的入口与微型流化床的出口相连，第二过滤器的入口与双床高温耦连装置的第二管路相连，第一过滤器的出口、第二过滤器的出口均与三通管的第一端相连，三通管的第二端连接毛细管的第一端，第三端与大气连通；所述毛细管的第二端与快速气体检测仪相连。进一步的，所述毛细管与三通管以及快速气体检测仪的连接处均采用带石墨压环的螺纹连接。本专利技术具有如下优点:1、本专利技术能更好地模拟实际锅炉内的燃烧条件，并同时实现解耦煤的热解和焦炭燃烧过程，即实现原位测量反应性的目的。2、本专利技术可以实现固体燃料分级燃烧，实现焦碳燃烧过程的原位测试，很好地保证焦炭的物理和化学结构不受温度的影响。固体燃料先在微型气流床中惰性气氛下热解，然后残焦进入微型气流床空气气氛下燃烧测试，通过快速气体检测仪测量燃料热解和焦炭燃烧过程中气体组分的产生序列和产生量特性来推断反应机理，进而求解反应动力学参数。3、本专利技术中微型气流床和微型流化床内样品升温速率大约IO3-1O5O /秒，固体燃料热解和焦炭燃烧反应速率很快，能很好地模拟实际燃烧过程中高温炉膛内固体燃料的快速燃烧过程。另外微型气流床和微型流化床的温度以及气氛不一样，微型气流床的温度最大比微型流化床高600°C。4、本专利技术中在热解段与燃烧段均可以实现一次性脉冲进样，所需样品量很少，反应充分，进样快速，且通过过程编程控制器和压力变送器分别准确控制脉冲时间和脉冲压力，保证每次的脉冲气量一致，实验重复性好。5、本专利技术中采用微型流化床等温法求算反应动力学参数的过程简单，可以有效分离出机理函数，直接求解动力学关键参数活化能。通过与快速气体检测仪联用，测试响应频率快，可以研究分析固体燃料热解、燃烧等快速复杂反应，且具有扩散抑制低的特点。6、本专利技术中双床高温耦连装置包括旋风分离器和旋转截止阀门，通过旋风分离器与旋阀截止阀门联合使用的方法，实现气固分离和气氛切换的目的，固体燃料热解过程中，通过快速气体检测仪测量热解气体，固体残焦则停留在旋转截止阀门处，从而实现解耦燃料热解和残焦燃烧的过程。7、本专利技术可拓展适用于一切两阶段反应，可以实现气氛和温度独立快速切换。8、本专利技术中双床高温耦连装置的温度与微型气流床的温度差在50°C以内，从而保证了热解残焦未经历冷却后加热的过程，不会改变制取焦炭的反应活性。【专利附图】【附图说明】图1为微型双床固体燃料解耦燃烧反应动力学分析仪的结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型双床固体燃料解耦燃烧反应动力学分析仪，其特征在于，包括燃料热解反应发生装置、残焦燃烧反应发生装置、双床高温耦连装置、气路装置和分析测试装置；所述燃料热解反应发生装置包括微型气流床（10）、第一高温炉本体（15）、第一加热元件（17）和第一热电偶（21）；第一加热元件（17）布置在微型气流床（10）与第一高温炉本体（15）的炉壁之间，第一热电偶（21）插入微型气流床（10）内；?所述残焦燃烧反应发生装置包括微型流化床（14）、第二高温炉本体（16）、第二加热元件（18）和第二热电偶（22）；第二加热元件（18）布置在微型流化床（14）与第二高温炉本体（16）的炉壁之间，第二热电偶（22）插入微型流化床（14）床层内；所述双床高温耦连装置包括旋风分离器（7）、旋转截止阀门（19）、第三热电偶（20）和止气夹（25）；旋风分离器（7）上设置有入口、落灰口和排气口，所述入口与微型气流床（10）的出口相连，所述落灰口经第一管路与微型流化床（14）的入口相连，所述第一管路（27）上设置有旋转截止阀门（19）和第三热电偶（20）；所述排气口经第二管路（28）与分析测试装置相连，所述第二管路（28）上设置有止气夹（25）；所述双床高温耦连装置与微型气流床（10）的温度差在50℃以内；气路装置包括第一气源（1）、第二气源（2）、惰性进气气路、微量脉冲进气气路和混合空气进气气路；惰性进气气路用于连接第一气源（1）与微型气流床（10），所述惰性进气气路上设置有质量流量计（4）和给粉器（9），给粉器（9）与微型气流床（10）的入口相连；微量脉冲进气气路用于连接第一气源（1）与微型气流床（10），所述微量脉冲进气气路上设置有压力变送器（3）和电磁阀（5），所述电磁阀（5）与一过程编程控制器（6）相连；?混合空气进气气路用于连接第一气源（1）、第二气源（2）和微型流化床（14），所述混合空气进气气路上设置有混气罐（8），混气罐（8）与第一气源（1）之间设置有第一流量计（29），混气罐（8）与第二气源（2）之间设置有第二流量计（30）；分析测试装置包括快速气体检测仪（13）、第一过滤器（11）、第二过滤器（26）、三通管（12）和毛细管（23），第一过滤器（11）的入口与微型流化床（14）的出口相连，第二过滤器（26）的入口与双床高温耦连装置的第二管路相连，第一过滤器（11）的出口、第二过滤器（26）的出口均与三通管（12）的第一端相连，三通管（12）的第二端连接毛细管（23）的第一端，第三端与大气连通；所述毛细管（23）的第二端与快速气体检测仪（13）相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚洪，罗光前，方园，陈超，尹静姝，余桥，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：