一种多组分气体扩散燃烧实验及燃烧监测装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种多组分气体扩散燃烧实验及燃烧监测装置。其燃烧器设置在燃烧室的底部，点火针置于燃烧器燃料喷嘴上方。供气系统由混合气体燃料管、氧化剂管和稀释剂管组成。混合气体燃料管为燃烧器的燃料喷嘴提供混合燃气，氧化剂管为燃烧器的柱形氧化剂喷嘴提供氧化剂，稀释剂管与混合气体燃料管和氧化剂管三通。稀释剂在燃料侧和氧化剂侧之间选择添加。轴流风机将燃烧产生的烟气实时抽出，保证火焰在燃烧室内的稳定燃烧。高速摄像仪可通过石英玻璃窗观察气体燃烧现象并对火焰进行拍照记录，烟气分析仪可对燃烧烟气的成分进行实时监测。本发明装置不仅结构紧凑、适用性广、操作方便，而且可以产生稳定的扩散火焰，并对燃烧现象进行在线监测。
【专利说明】
一种多组分气体扩散燃烧实验及燃烧监测装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种气体扩散燃烧实验装置，具体来说是涉及一种多组分气体扩散燃 烧实验及燃烧监测装置，用于多组分气体扩散燃烧现象的监测研究。
【背景技术】
[0002] 相对于固体燃料而言，气体燃料因具有着火温度低、易于调节、不含灰分、可远距 离输送等优点而有着广泛的应用。扩散燃烧是气体燃料的一种常见燃烧方式，具有燃烧器 结构简单、燃烧热量高、无回火危险等诸多优点。但对于某些燃料，采用扩散燃烧方式易产 生局部高温现象，生成较多的氮氧化物和碳烟等大气污染物。因此，需要对不同气体燃料的 扩散燃烧特性和污染物的生成与控制进行深入研究。
[0003] 然而现有的扩散燃烧实验装置在进行多组分气体的大流量燃烧实验时，火焰不稳 定。同时缺乏相应的方法对燃烧火焰以及烟气中的污染物进行在线监测，无法方便的获取 不同条件下的燃烧特性和污染物生成特性。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术中火焰不稳定，燃烧状况无法实时监测和调节的问题，本发明 提供了一种多组分气体扩散燃烧实验及燃烧监测装置。该装置对于多组分气体扩散燃烧可 以产生稳定的扩散火焰，并对燃烧现象进行在线监测。用于多组分气体扩散燃烧的实验研 究。
[0005] 本发明提供了一种多组分气体扩散燃烧实验及燃烧监测装置，包括供气系统、燃 烧室、燃烧器、点火系统和监测系统。
[0006] 所述燃烧室为一密闭容器，优选圆柱形不锈钢密闭容器。旨在提供一个稳定封闭 的燃烧环境。燃烧器设置在燃烧室的底部。点火系统的点火针设在燃烧室侧壁上，贴近燃烧 器燃料喷嘴上方。
[0007] 燃烧器由燃料喷嘴和柱形氧化剂喷嘴组成。其中燃料喷嘴位于柱形氧化剂喷嘴的 中央，柱形氧化剂喷嘴的柱体内填充金属泡沫，可提供稳定、均匀的氧化剂。在此基础上，燃 烧器可使燃料实现稳定的扩散燃烧。
[0008] 供气系统由混合气体燃料管、氧化剂管和稀释剂管组成。所述混合气体燃料管一 端接燃烧器的燃料喷嘴，另一端分为若干气体钢瓶接口，氧化剂管接在燃烧器的柱形氧化 剂喷嘴上。稀释剂管连接三通阀门，三通阀门的另外两个阀口分别接混合气体燃料管和氧 化剂管。允许各种稀释剂在燃料侧和氧化剂侧之间选择添加端以及添加比例。
[0009] 混合气体燃料管的每个气体钢瓶接口、氧化剂管以及稀释剂管均带有质量流量 计，用于精确计量各气体组分，控制混合气体燃料的气体混合比例，计量/控制氧化剂和稀 释剂的添加量。
[0010] 在燃烧室的上部开有抽气口，通过管路连接轴流风机。通过调节轴流风机的流量， 可使燃烧产生的烟气被实时抽出，保证了火焰在燃烧室内的稳定燃烧。
[0011] 监测系统由高速摄像仪和烟气分析仪组成。烟气分析仪接在燃烧室抽气口至轴流 风机的管路上。在燃烧室侧壁上设石英玻璃窗，高速摄像仪的摄像镜头对在石英玻璃窗窗 口。高速摄像仪可通过石英玻璃窗观察气体燃烧现象并对火焰进行拍照记录，烟气分析仪 可对燃烧烟气的成分进行实时监测。
[0012] 点火系统由点火针、点火开关、电火花点火器高压包包串接构成，可以产生高压电 火花实现气体燃料的点火控制。
[0013] 进一步，本发明装置还设有多功能气体报警器，置于燃烧室和供气系统附近。可检 测到氢气、一氧化碳、甲烷等燃料气，一旦发生气体泄露，报警器将发出警报并截断气体供 给，以保证实验和人员的安全。
[0014] 与现有气体扩散燃烧装置相比，本发明装置，结构紧凑、操作方便。多组分气体混 合方便，同时允许各种稀释剂在燃料侧和氧化剂侧之间选择添加端以及添加比例，可在大 气体流量下产生稳定的扩散燃烧火焰。可用于不同组分、不同比例混合气体燃料的扩散燃 烧特性的研究。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明多组分气体扩散燃烧实验及燃烧监测装置结构示意图。
[0016] 图中附图标记为：1_气体燃料源(可据需要选择），2_质量流量计，3-三通阀门，4-燃料喷嘴，5-柱形氧化剂喷嘴，6-电火花点火器高压包，7-点火开关，8-燃烧室（圆柱形不锈 钢密闭容器），9-燃烧器，10-金属泡沫，11-高速摄像仪，12-烟气分析仪，13-石英玻璃窗， 14-火焰，15-点火针，17-多功能报警器，18-无级变速轴流风机，19-阀门。
【具体实施方式】
[0017] 参考附图，下面对本发明进行详细描述。
[0018] 图1是本发明多组分气体扩散燃烧实验及燃烧监测装置结构示意图。包括供气系 统、点火系统、燃烧器、燃烧室、检测系统和报警系统。
[0019] 所述燃烧室8为圆柱形不锈钢密闭容器，旨在提供一个稳定封闭的燃烧环境。燃烧 器9设置在燃烧室8的底部。
[0020] 燃烧器9由燃料喷嘴4和柱形氧化剂喷嘴5组成。其中燃料喷嘴4位于柱形氧化剂喷 嘴5的中央，柱形氧化剂喷嘴的柱体内填充金属泡沫10，可提供稳定、均匀的氧化剂。燃料喷 嘴4提供多组分气体燃料，氧化剂喷嘴5提供氧化剂，金属泡沫10对氧化剂气流起整流作用， 可在以燃料喷嘴为中心的一定圆形区域内提供稳定的氧化剂流场。在此基础上，燃烧器可 使燃料实现稳定的扩散燃烧。
[0021] 供气系统由混合气体燃料管20、氧化剂管21和稀释剂管22组成。所述混合气体燃 料管一端接燃烧器9的燃料喷嘴4,另一端分为若干气体钢瓶接口，连接不同气体的气体钢 瓶。氧化剂管21接在燃烧器的柱形氧化剂喷嘴5上，另一端接氧化剂钢瓶。稀释剂管22连接 三通阀门3,三通阀门3的另外两个阀口分别接混合气体燃料管20和氧化剂管21。允许各种 稀释剂在燃料侧和氧化剂侧之间选择添加端以及添加比例。
[0022] 混合气体燃料管20的每个气体钢瓶接口、氧化剂管21以及稀释剂管22均带有质量 流量计2,用于精确计量各气体组分，控制混合气体燃料的气体混合比例，计量/控制氧化剂 和稀释剂的添加量。
[0023] 点火系统由点火针15、点火开关7、电火花点火器高压包6包串接构成，可以产生高 压电火花实现气体燃料的点火控制。点火系统的点火针15设在燃烧室侧壁上，贴近燃烧器 燃料喷嘴上方。其中，电火花点火器高压包6与220V交流电源相连，用以提供点火电压。开关 7控制点火时间。点火针15置于燃料喷嘴上方适当位置处，其产生的电火花可实现气体燃料 的快速稳定着火。
[0024] 在燃烧室8的上部开有抽气口，通过管路分别连接轴流风机18。通过调节轴流风机 的流量，可使燃烧产生的烟气被实时抽出，保证了火焰在燃烧室内的稳定燃烧。
[0025] 监测系统由高速摄像仪11和烟气分析仪12组成。烟气分析仪12接在燃烧室抽气口 至轴流风机的管路上。在燃烧室侧壁上设石英玻璃窗13,高速摄像仪11的摄像镜头对在石 英玻璃窗13窗口。高速摄像仪可通过石英玻璃窗观察气体燃烧现象并对火焰进行拍照记 录，烟气分析仪可对燃烧烟气的成分进行实时监测。
[0026] 多功能气体报警器17,置于燃烧室和供气系统附近。可检测到氢气、一氧化碳、甲 烷等燃料气，一旦发生气体泄露，报警器将发出警报并截断气体供给，以保证实验和人员的 安全。
[0027]本发明的实现过程如下： 图1中，在供气系统中，通过调节质量流量计2可产生不同组分、比例和流量的燃料气、 氧化剂和稀释剂。通过调节三通阀门3来确定稀释剂的添加部位(燃料侧或氧化剂侧）。燃料 喷嘴4、柱形氧化剂喷嘴5分别向提供多组分气体燃料和氧化剂，在点火针15产生的高压电 火花的作用下实现气体燃料的着火，在圆柱形不锈钢密闭容器8内产生稳定的扩散燃烧火 焰14;高速摄像仪11对火焰进行实时拍照并记录，烟气分析仪12对燃烧产生的尾气进行实 时监测分析，多功能报警器17对实验所用气体进行实时监测，保证设备和人员的安全。 [0028]本发明的具体实现示例如下：
【主权项】
1. 一种多组分气体扩散燃烧实验及燃烧监测装置，包括供气系统、燃烧室、燃烧器、点 火系统和监测系统;其特征是： 所述燃烧室为一密闭容器;燃烧器设置在燃烧室的底部，点火系统的点火针设在燃烧 室侧壁上，贴近燃烧器燃料喷嘴上方； 所述燃烧器，由燃料喷嘴和柱形氧化剂喷嘴组成，其中，燃料喷嘴位于柱形氧化剂喷嘴 的中央，柱形氧化剂喷嘴的柱体内填充金属泡沫； 所述供气系统，由混合气体燃料管、氧化剂管和稀释剂管组成;所述混合气体燃料管一 端接燃烧器的燃料喷嘴，另一端分为若干气体钢瓶接口；氧化剂管接在燃烧器的柱形氧化 剂喷嘴上；稀释剂管连接三通阀门，三通阀门的另外两个阀口分别接混合气体燃料管和氧 化剂管； 在燃烧室的上部开有抽气口，通过管路连接轴流风机； 所述监测系统，由高速摄像仪和烟气分析仪组成;烟气分析仪接在燃烧室抽气口至轴 流风机的管路上;在燃烧室侧壁上设石英玻璃窗，高速摄像仪的摄像镜头对在石英玻璃窗 窗口。2. 根据权利要求1所述多组分气体扩散燃烧实验及燃烧监测装置，其特征是:所述燃烧 室为圆柱形不锈钢密闭容器。3. 根据权利要求1所述多组分气体扩散燃烧实验及燃烧监测装置，其特征是:混合气体 燃料管的每个气体钢瓶接口、氧化剂管以及稀释剂管均带有质量流量计。4. 根据权利要求1所述多组分气体扩散燃烧实验及燃烧监测装置，其特征是:设有多功 能气体报警器，多功能气体报警器置于燃烧室和供气系统处。
【文档编号】G01N31/12GK106093285SQ201610730457
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月26日
【发明人】席剑飞, 安海洋, 顾中铸
【申请人】南京师范大学