燃料快速燃烧特性分析装置的制作方法

本实用新型涉及一种分析装置，具体是一种燃料快速燃烧特性分析装置，更具体的是一种适用于煤炭、兰炭或油页岩等固体燃料的大量程的能实现尾气排放在线检测的快速燃烧特性分析装置。

背景技术：

煤炭等固体燃料是我国重要的基础能源，将我国煤炭资源与石油、天然气、水能和核能等一次能源资源相比，探明的资源储量折算为标准煤，煤炭占85％以上。我国“以煤为主”的能源消费结构与欧美国家“石油为主，煤炭、天然气为辅，水电、核能为补充”的情况差别显著，我国煤炭消费量占总能源消费量的70％左右，并且这样的能源结构短时期内无法改变。有关研究表明，煤炭燃烧排放的烟气已经成为我国大气污染的主要来源之一，如何高效、清洁的利用煤炭资源，是有效改善大气污染状况的关键所在。

发电厂主要以煤炭燃烧的方式进行供能，为了能更准确预测煤炭的燃烧性能，人们不断开发出新颖的测试技术，近年来，热分析法在研究煤的燃烧性能方面已有广泛应用，热重分析法可以在煤燃烧的过程中连续测量得到温度、重量等多种信息，具有测量准确、可重复性好及可在消除外扩散的影响下操作等优点，并已成为研究煤燃烧动态特性的有力工具，用于指导如何更高效、清洁的利用煤炭资源。

目前，国内一些学者采用热重分析(Thermogravimetric Analysis，TG或TGA)对我国煤炭等燃料的燃烧特性进行系统研究和分析，得到了能反映煤炭等燃料的燃烧特性的一系列指标，这些指标对发电厂锅炉的设计及如何更高效的利用煤炭等资源有着重要的指导作用。但是，传统的热重分析存在以下几个问题：(1)现有技术中通过热重分析仪对煤炭等燃料进行热重分析，以反映煤炭等燃料的燃烧动力学特性，但是传统的热重分析仪的程序升温较为缓慢，燃料也是在不断升温过程中完成燃烧的，而实际工况中，将燃料加入已有燃料燃烧的炉具中，燃料会迅速升温并燃烧，是一种快速的氧气扩散燃烧，燃料的升温和燃烧是在很短暂的时间完成的，因此，传统热重分析不能满足实际情况下燃料燃烧特性研究的需要；(2)传统的热天平量程较小，它的坩埚作为一个微型反应器，每次只能加入十几毫克粉末状的样品，而实际生产过程是将块状燃料投入到锅炉中进行燃烧，因此通过传统的热天平研究得到粉末状样品的燃烧特性与实际需要的块状样品的燃烧特性出入较大；(3)传统的热重分析仪因为加入样品的量很少，燃烧后只产生极少量尾气，很难进行尾气的收集并进一步检测尾气，即使收集了少量尾气进行检测，也与实际燃烧排放的烟气组分差别较大，因此传统的热重分析仪很难对排放的烟气组分及其污染情况进行准确的检测分析。

有鉴于上述现有技术存在的问题，本发明人结合相关制造领域多年的设计及使用经验，提供一种燃料快速燃烧特性分析装置，来克服上述缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种燃料快速燃烧特性分析装置，其能对燃料样品进行快速燃烧，并对其燃烧的尾气进行检测分析，以更准确的研究其燃烧动力学特性，操作方便，试验准确可靠。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本实用新型提供一种燃料快速燃烧特性分析装置，其包括：气体供给机构，其包括助燃气瓶和冷却气瓶；燃烧反应机构，其设有支架台，所述支架台上设有吊臂式天平和温度控制仪，所述吊臂式天平下方悬挂有能盛装待检测燃料样品的坩埚，所述支架台的下方设有能移动的加热炉，所述加热炉具有能容纳所述坩埚的燃烧腔，所述燃烧腔能分别与所述助燃气瓶和所述冷却气瓶相连，所述坩埚内和所述加热炉的炉壁内分别设有热电偶，所述热电偶与所述温度控制仪电连接；尾气检测机构，其包括烟气分析仪，所述燃烧腔通过排出管与所述烟气分析仪相连。

在优选的实施方式中，所述加热炉与一升降电机相连，在所述加热炉未达到设定温度的状态下，所述加热炉与所述支架台相分离，所述坩埚位于所述加热炉的燃烧腔外，所述加热炉与所述坩埚之间设有保温隔离板；在所述加热炉达到所述设定温度的状态下，所述加热炉与所述支架台密封相连，盛装所述待检测燃料样品的所述坩埚位于所述加热炉的燃烧腔内。

在优选的实施方式中，所述支架台的下表面设有上密封法兰，所述加热炉的上表面设有下密封法兰，所述上密封法兰能与所述下密封法兰密封相连。

在优选的实施方式中，所述加热炉具有上端开口和下端开口，所述加热炉的上端开口和下端开口之间形成所述燃烧腔，所述加热炉的上端开口大小大于所述坩埚的横截面大小，所述加热炉的下端开口与所述排出管相连。

在优选的实施方式中，所述气体供给机构还包括气体流量控制仪，所述气体流量控制仪的入口端分别与所述助燃气瓶和所述冷却气瓶相连，所述气体流量控制仪的出口端能通过供给管与所述燃烧腔相连通。

在优选的实施方式中，所述供给管的喷口位于所述坩埚的上方，在所述坩埚位于所述燃烧腔内的状态下，所述供给管的喷口位于所述加热炉的上端开口处。

在优选的实施方式中，所述尾气检测机构还包括广口瓶，所述广口瓶外套设冷却水套，所述排出管通过所述广口瓶与所述烟气分析仪相连。

在优选的实施方式中，所述广口瓶的瓶口设有穿插连接管的密封胶塞，所述排出管远离所述燃烧腔的一端能穿过所述密封胶塞并与所述广口瓶连通，所述广口瓶通过所述连接管与所述烟气分析仪相连。

在优选的实施方式中，所述燃料快速燃烧特性分析装置还包括计算机控制机构，所述计算机控制机构分别与所述吊臂式天平、所述温度控制仪和所述烟气分析仪电连接。

在优选的实施方式中，所述吊臂式天平的量程为500克。

本实用新型燃料快速燃烧特性分析装置的特点及优点是：

1、本实用新型的燃烧反应机构设置可移动的加热炉，以在加热炉达到设定温度前，使坩埚位于加热炉的燃烧腔外，并在加热炉与坩埚之间设置保温隔离板，使坩埚内的待检测燃料样品处于室温状态而不受加热炉的温度影响，并在加热炉达到设定温度后，快速移动加热炉，使坩埚位于加热炉的燃烧腔内，实现坩埚内的待检测燃料样品快速燃烧，更真实的模拟现实中燃料的燃烧状况，更准确的研究燃料的燃烧动力学特性，对指导如何更高效、更清洁的利用煤炭等燃料资源具有重要意义，操作方便，性价比高，测量精度高；

2、本实用新型通过设置大量程的吊臂式天平，相较于现有技术中仅能适用于十几毫克粉末状的样品的小量程天平而言，能实现对大量样品(特别是固体块状样品)在快速燃烧过程中质量变化的实时称量，装料量大，并在加热炉的燃烧腔的下端开口处通过排出管连接尾气检测机构，使燃烧产生的大量的尾气(例如SO₂、NO_x等)通过排出管被收集到烟气分析仪中进行检测，同时通过设置在排出管与烟气分析仪中间的套设有冷却水套的广口瓶，对尾气进行降温，利于尾气组分含量的分析，测量精度高，适用范围广；

3、本实用新型通过设置计算机控制机构，以将吊臂式天平称量的燃料样品燃烧过程中的实时质量、热电偶实时测量的加热炉的温度和燃料样品的表面温度、及烟气分析仪实时检测的尾气组分含量实时的反馈到计算机控制机构，以直观的将热重曲线(即TG曲线)和尾气组分含量随时间和/或温度的变化曲线呈现出来，实现对燃料快速燃烧和燃烧尾气的同步在线检测，利于研究燃料的燃烧动力学特性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型燃料快速燃烧特性分析装置的一结构示意图；

图2为本实用新型燃料快速燃烧特性分析装置的另一结构示意图。

附图标号说明：

1助燃气瓶，2冷却气瓶，3气体流量控制仪，4吊臂式天平，5温度控制仪，6支架台，7热电偶，8坩埚，9加热炉，10计算机控制机构，11上密封法兰，12下密封法兰，13燃烧腔，14保温隔离板，15排出管，16第一广口瓶，17第二广口瓶，18冷却水套，19烟气分析仪，20连接管，21供给管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种燃料快速燃烧特性分析装置，其包括：气体供给机构，其包括助燃气瓶1和冷却气瓶2；燃烧反应机构，其设有支架台6，所述支架台6上设有吊臂式天平4和温度控制仪5，所述吊臂式天平4下方悬挂有能盛装待检测燃料样品的坩埚8，所述支架台6的下方设有能移动的加热炉9，所述加热炉9具有能容纳所述坩埚8的燃烧腔13，所述燃烧腔13能分别与所述助燃气瓶1和所述冷却气瓶2相连，所述坩埚8内和所述加热炉9的炉壁内分别设有热电偶7，所述热电偶7与所述温度控制仪5电连接；尾气检测机构，其包括烟气分析仪19，所述燃烧腔13通过排出管15与所述烟气分析仪19相连。

具体的，助燃气瓶1内可盛装空气或氧气，以用于燃烧腔13内的燃烧反应或助燃，冷却气瓶2内可盛装氮气或其他惰性气体，以实现在燃烧完成后对加热炉9的燃烧腔13和坩埚8的冷却；坩埚8为氧化铝坩埚，用于盛装燃料样品，其可耐1600℃的高温；温度控制仪5位于支架台6上并位于吊臂式天平4的一侧，其与设于坩埚8内且位于待检测燃料样品表面的热电偶7电连接，以实时监测燃料样品的表面温度，并与设于加热炉9的炉壁内的热电偶7电连接，以监测加热炉9的实时温度，同时，加热炉9可为电加热炉，其可通过操控温控开关直接控制加热温度和加热时间，或者将加热炉9的温控开关与温度控制仪5电连接，通过温度控制仪5直接控制加热炉9的加热温度和加热时间。

进一步的，所述吊臂式天平4的量程为500克，使坩埚8能盛装500克以内的待检测燃料样品，实现燃料样品在500克以内的高精度测量，测量精度高，具体的，吊臂式天平4位于支架台6上，并通过其悬吊杆将坩埚8悬吊在支架台6的下方，以实时测量坩埚8内的燃料样品的质量，其中，吊臂式天平4的悬吊杆可以通过支架台6的边缘垂下，也可以在支架台6的中部开设开孔，使吊臂式天平4的悬吊杆从支架台6的开孔处垂下，该开孔的大小以恰好能通过吊臂式天平4的悬吊杆为宜，以避免燃料燃烧过程中过多的燃烧尾气通过该开孔而造成泄露。

进一步的，所述加热炉9与一升降电机(图中未示出)相连，在所述加热炉9未达到设定温度的状态下，所述加热炉9与所述支架台6相分离(如图2所示)，所述坩埚8位于所述加热炉9的燃烧腔13外，所述加热炉9与所述坩埚8之间设有保温隔离板14；在所述加热炉9达到所述设定温度的状态下，所述加热炉9与所述支架台6密封相连(如图1所示)，盛装所述待检测燃料样品的所述坩埚8位于所述加热炉9的燃烧腔13内，所述助燃气瓶1与所述燃烧腔13相连通，使坩埚8内的待检测燃料样品在高温的加热炉9和助燃气瓶1提供的助燃气体的作用下快速燃烧，在所述坩埚8内的所述待检测燃料样品完全燃烧后的状态下，所述冷却气瓶2与所述燃烧腔13相连通，以通过冷却气体对燃烧腔13和坩埚8进行冷却，其中，保温隔离板14是用耐火砖外面包裹一层硅酸铝纤维棉制成，以起到隔热与密封作用，既隔离了加热炉9与坩埚8，避免加热炉9的温度影响燃烧前的坩埚8内的待检测燃料样品的温度，又密封了加热炉9，避免加热炉9内的温度散走。

更进一步的，如图1和图2所示，所述支架台6的下表面设有上密封法兰11，所述加热炉9的上表面设有下密封法兰12，所述上密封法兰11能与所述下密封法兰12密封相连，以通过密封法兰保证连接处的密封，避免燃烧尾气自连接处大量泄漏，具体的，上密封法兰11和下密封法兰12可通过螺钉密封相连，当然也可采用其他连接方式，在此不作限制，上密封法兰11和下密封法兰12之间可设有耐高温垫片，以避免加热炉9的高温对上密封法兰11和下密封法兰12等造成热损伤，上密封法兰11的中央和下密封法兰12的中央分别开设一开孔，且二者的开孔相对应，该两个开孔的大小以能通过吊臂式天平4的悬吊杆为宜，无需太大，以尽量减少燃烧尾气自加热炉9上端开口泄露，优选的，上密封法兰11的开孔的大小和下密封法兰12的开孔的大小小于加热炉9的上端开口的大小，在加热炉9与支架台6分离且加热炉9处于升温过程中时，保温隔离板14可以设于加热炉9的下密封法兰12上并盖住加热炉9的上端开口，避免加热炉9内的温度散走或对加热炉9上方的坩埚8产生影响，同时，支架台6下表面设有的上密封法兰11还能对加热炉9的向上移动起到缓冲的作用。

进一步的，如图1和图2所示，所述加热炉9具有上端开口和下端开口，所述加热炉9的上端开口和下端开口之间形成所述燃烧腔13，所述加热炉9的上端开口大小大于所述坩埚8的横截面大小，使坩埚8能于加热炉9的移动过程中通过加热炉9的上端开口自由进出加热炉9的燃烧腔13，所述加热炉9的下端开口与所述排出管15相连，以通过排出管15将燃烧腔13内的燃烧尾气收集到尾气分析机构进行分析检测，具体的，加热炉9为管式可移动电阻炉，加热炉9的燃烧腔13呈倒置的缩口瓶形(如图1所示)，既利于坩埚8全方位的接受加热炉9的高温，使待检测燃料样品快速燃烧，又利于燃烧尾气通过燃烧腔13的缩口得到缓冲后进入排出管15，进而实现大容量的燃烧尾气的收集。

进一步的，如图1和图2所示，所述气体供给机构还包括气体流量控制仪3，所述气体流量控制仪3的入口端分别与所述助燃气瓶1和所述冷却气瓶2相连，所述气体流量控制仪3的出口端能通过供给管21与所述燃烧腔13相连通，以根据实际情况或实际试验需要的条件，调节通过气体流量控制仪3的气体流量大小，同时也可通过气体流量控制仪3控制通气时间，以适应于各种试验工况；更进一步的，所述供给管21的喷口位于所述坩埚8的上方，在所述坩埚8位于所述燃烧腔13内的状态下，所述供给管21的喷口位于所述加热炉9的上端开口处，具体的，供给管21自气体流量控制仪3的出口端延伸出来后搭设在支架台6上，并弯折后通过支架台6中部的开孔向下延伸而位于坩埚8的上方，使燃烧过程中，供给管21的喷口位于加热炉9的上端开口处，较佳的，供给管21的喷口与上密封法兰11的水平方向中心线平齐，如图1所示，其中上密封法兰11的水平方向中心线即为上密封法兰11的上表面与下表面之间的中间线，以通过供给管21喷出的助燃气体，而阻碍燃烧尾气自加热炉9的上端开口过多的泄露，保证大量的燃烧尾气能顺利的通过排出管15进入烟气分析仪19，保证检测结果的准确。

进一步的，如图1和图2所示，所述尾气检测机构还包括广口瓶，所述广口瓶外套设冷却水套18，所述排出管15通过所述广口瓶与所述烟气分析仪19相连，优选的，所述广口瓶的瓶口设有穿插连接管20的密封胶塞，所述排出管15远离所述燃烧腔13的一端能穿过所述密封胶塞并与所述广口瓶连通，所述广口瓶通过所述连接管20与所述烟气分析仪19相连，使燃烧腔13内的燃烧尾气通过排出管15后进入广口瓶内进行冷却，使冷却后的燃烧尾气再进入烟气分析仪19，避免烟气分析仪19被高温燃烧尾气损坏，其中，冷却水套18可以为包括冷却水的封闭水套，也可以为设有循环水开关的冷却水套18，即通过循环水开关即可实现向冷却水套18内循环的通入冷却水，排出管15位于广口瓶内的深度大于连接管位于广口瓶内的深度，使进入广口瓶内的燃烧尾气充分在广口瓶内冷却，其中广口瓶还可以为多个，在一实施例中，所述广口瓶为两个，并分别命名为第一广口瓶16和第二广口瓶17，排出管15穿过第一广口瓶16的密封胶塞，第一广口瓶16与第二广口瓶17之间通过一连接管连通(如图1所示)，第二广口瓶17的密封胶塞上的连接管20将第二广口瓶17的内腔与烟气分析仪19连接，使燃烧尾气通过两个或者多个广口瓶的缓冲和冷却后在进入烟气分析仪19，实现对燃烧尾气的彻底降温。

进一步的，如图1和图2所示，所述燃料快速燃烧特性分析装置还包括计算机控制机构10，所述计算机控制机构10分别与所述吊臂式天平4、所述温度控制仪5和所述烟气分析仪19电连接，以将吊臂式天平4测得的燃料样品的实时质量、坩埚8内的热电偶7测得的燃料样品表面的实时温度、加热炉9的炉壁内的热电偶7测得的加热炉9的实时温度、烟气分析仪19测得的燃烧腔13内的燃烧尾气的组分，实时的反馈给计算机控制机构10，实现实时采集，并以直观的将热重曲线(即TG曲线)和尾气组分含量随时间和/或温度的变化曲线呈现出来，其中，计算机控制机构10与吊臂式天平4、温度控制仪5和烟气分析仪19之间可通过数据传输线实现数据的反馈传输。

本实用新型燃料快速燃烧特性分析装置适用于各种燃料样品的燃烧动力学分析，特别适用于煤炭、兰炭或油页岩等大颗粒的固态燃料的燃烧动力学分析，其可在温度为0～1500℃、压力为常压下完成，具体在工作时，首先通过升降电机将加热炉9降至最低位置，使加热炉9位于盛放待检测燃料样品的坩埚8的下方，并在加热炉9的上端开口处盖设保温隔离板14，使坩埚8处于室温状态而不受下方的加热炉9的影响，然后，设定加热炉9的升温程序和设定温度，打开循环水开关，使冷却水套18内的冷却水开始循环，将待检测燃料样品放入坩埚8内，将热电偶7插入坩埚8内并接触待检测燃料样品表面，开始对加热炉9进行加热，使加热炉9以一定的升温速率进行升温，当加热炉9加热至设定温度并保持稳定后，打开助燃气瓶1，调节气体流量控制仪3的通气流量，在计算机控制机构10的显示界面中的基线稳定后，取下保温隔离板14，通过升降电机将加热炉9快速上移，并使加热炉9的下密封法兰12与支架台6的上密封法兰11密封连接，使坩埚8完全处于加热炉9的高温区内，位于坩埚8内的待检测燃料样品在加热炉9的高温和助燃气体的作用下快速燃烧，燃烧中产生的尾气由于上密封法兰11和下密封法兰12的中间开孔尺寸较小且在供给管21的喷注压力作用下，通过排出管15进入第一广口瓶16内冷却，再进入第二广口瓶17内冷却，冷却后的燃烧尾气通过连接管20进入烟气分析仪19中被分析检测，待燃料样品燃烧完全后，关闭助燃气瓶1，打开冷却气瓶2，调节气体流量控制仪3，以通过供给管21向燃烧腔13内通入冷却气体(例如氮气)进行冷却，待坩埚8内的热电偶7检测的温度降至100℃左右，通过升降电机将加热炉9降至最低位置，自然冷却即可，并关闭冷却水套18的循环水开关、冷却气瓶2、温度控制仪5和烟气分析仪19等设备即可。试验中，各项试验数据会被采集后反馈到计算机控制机构10，燃料样品的重量及温度的变化曲线、燃烧尾气组成及含量随时间或温度的变化曲线等均可在计算机控制机构10上直接读取，以直接的、同步的在线检测燃烧样品质量、温度和燃烧尾气，实现更加准确的测量不同温度下燃料样品的TG曲线和烟气排放曲线，以更准确的研究燃烧动力学。

本实用新型燃料快速燃烧特性分析装置的特点及优点是：

1、本实用新型的燃烧反应机构设置可移动的加热炉9，以在加热炉9达到设定温度前，使坩埚8位于加热炉9的燃烧腔13外，并在加热炉9与坩埚8之间设置保温隔离板14，使坩埚8内的待检测燃料样品处于室温状态而不受加热炉9的温度影响，并在加热炉9达到设定温度后，快速移动加热炉9，使坩埚8位于加热炉9的燃烧腔13内，实现坩埚8内的待检测燃料样品快速燃烧，更真实的模拟现实中燃料的燃烧状况，更准确的研究燃料的燃烧动力学特性，对指导如何更高效、更清洁的利用煤炭等燃料资源具有重要意义，操作方便，性价比高，测量精度高；

2、本实用新型通过设置大量程的吊臂式天平4，相较于现有技术中仅能适用于十几毫克粉末状的样品的小量程天平而言，能实现对大量样品(特别是固体块状样品)在快速燃烧过程中质量变化的实时称量，装料量大，并在加热炉9的燃烧腔13的下端开口处通过排出管15连接尾气检测机构，使燃烧产生的大量的尾气(例如SO₂、NO_x等)通过排出管15被收集到烟气分析仪19中进行检测，同时通过设置在排出管15与烟气分析仪19中间的套设有冷却水套18的广口瓶，对尾气进行降温，利于尾气组分含量的分析，测量精度高，适用范围广；

3、本实用新型通过设置计算机控制机构10，以将吊臂式天平4称量的燃料样品燃烧过程中的实时质量、热电偶7实时测量的加热炉9的温度和燃料样品的表面温度、及烟气分析仪19实时检测的尾气组分含量实时的反馈到计算机控制机构10，以直观的将热重曲线(即TG曲线)和尾气组分含量随时间和/或温度的变化曲线呈现出来，实现对燃料快速燃烧和燃烧尾气的同步在线检测，利于研究燃料的燃烧动力学特性。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限制本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的原则和构思的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本实用新型的保护范围。