垂直可视化分段控温煤燃烧特性测试系统的制作方法

本实用新型属于煤燃烧特性测试技术领域，涉及一种煤燃烧特性测试系统。

背景技术：

煤燃烧特性测试是检测煤燃烧的挥发、析出爆裂、着火燃烧和nox的生成过程、但是现有对反应过程的测量大多采用单独的仪器分别测量的方法，或者采用在水平炉静止加热时进行测量的方法

但是上述两种测量方法均存在反应过程不可见，且在仪器测量时一般都是在密闭的不可见容器内完成，无法直观观察或记录影像；同时，反应单一，大多数测量方法中煤粉处于固定堆积状态，煤粉停留时间较长，颗粒互相遮挡，被遮挡的反应不充分或不及时；煤在静止状态进行反应时，颗粒的旋转、碰撞等相互影响无法体现；最后，升温速率低，一般是在仪器内逐渐加热，受到仪器升温速率的限制，煤的升温速率低，无法接近锅炉内实际状态。

技术实现要素：

本实用新型目的是为了解决现有煤燃烧特性测试过程不可见、反应单一或升温速率低的问题，提出了一种垂直可视化分段控温煤燃烧特性测试系统。

本实用新型所述的垂直可视化分段控温煤燃烧特性测试系统，它包括给粉系统、分段加热结构、多视窗反应器、在线测量系统、同步摄像系统和计算机；

给粉系统设置在多视窗反应器的顶端，所述给粉系统向多视窗反应器内喷煤粉末；

在线测量系统通过热电偶、烟气飞灰取样管和结渣积灰棒采集多视窗反应器内的温度，对烟气、飞灰和结渣进行取样测试；

多视窗反应器的主体为炉管，分段加热结构每段均呈筒状，且均套设在多视窗反应器的外侧，所述多视窗反应器的侧壁与分段加热结构之间留有空隙；

所述炉管侧壁相对的两侧等间隔对应开有多个窗口，每个窗口内均插接有测量支管，所述测量支管的自由端均穿过分段加热结构；

炉管一侧的测量支管内分别设置有热电偶、烟气飞灰取样管和结渣积灰棒；

同步摄像系统包括多个摄像机，每个摄像机的拍摄面分别与炉管另一侧的测量支管的自由端口对应；

计算机对同步摄像系统采集的图像进行显示，并对在线测量系统采集的温度进行显示，对烟气、飞灰和结渣取样测试的结果进行显示。

进一步地，本实用新型中，

给粉系统包括料仓、螺旋式给料机、煤粉燃烧器、热风机和电机；

料仓用于存储煤粉，料仓设置在螺旋式给料机的上侧，向螺旋式给料机的进料口给料；螺旋式给料机的出料口与煤粉燃烧器的燃烧腔连通，所述燃烧腔与煤粉燃烧器的喷嘴垂直且连通；

煤粉燃烧器的喷嘴的下端插设在多视窗反应器的顶端口内，燃烧喷嘴的上端与热风机的出风口对应；

螺旋式给料机在电机带动下向煤粉燃烧器内输送煤粉，所述煤粉燃烧器的燃烧腔与螺旋式给料机的出料口连通；

燃烧的煤粉在煤粉燃烧器喷嘴处经热风机的热风吹向多视窗反应器内。

进一步地，本实用新型中，

分段加热控制系统的每段结构均包括加热层、耐火保温层和加热控制系统；

加热层围设在多视窗反应器的外侧，耐火保温层设置在加热层与多视窗反应器之间；

所述温度控制系统包括plc控制柜，所述plc控制柜的温度信号输入端连接热电偶的温度信号输出端；plc控制柜的控制信号输出端连接加热层的加热控制信号输入端，所述plc控制柜用于控制加热层是否进行加热。

进一步地，本实用新型中，

在线测量系统还包括烟气飞灰管路、支架和分析仪器；

烟气飞灰取样管和结渣积灰棒通过支架固定在测量支管内，烟气飞灰管路的一端与烟气飞灰取样管连通，另一端与烟气分析仪的探测头对应；所述烟气分析仪用于分析飞灰和烟气的成分；

结渣积灰棒设置在与摄像机对应的测量支管内。

进一步地，本实用新型中，

摄像机用于拍摄多视窗反应结构内的反应过程、煤粉燃烧火焰和结渣积灰棒的灰渣堆积过程；

摄像机的图像信号输出端通过数据线连接计算机的图像信号输入端。

本实用新型所述测试系统首先通过分段加热控制系统控制反应器沿程的温度变化接近锅炉内实际状态，满足较高的升温速率条件。待温度达到测试要求后，热风携带煤粉通过给粉系统及煤粉燃烧器进入多视窗反应器，在反应器内向下射流流动并反应(热解、爆裂、燃烧)。同时可在多视窗反应器侧面测量支管内布置同步摄像系统和在线测量系统，对反应过程进行物理变化及化学变化的观测，有助于更好地研究煤燃烧过程的反应机理并建立燃烧模型。

附图说明

图1是本实用新型所述垂直可视化分段控温煤燃烧特性测试系统的结构示意图；

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作出创造性劳动的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述垂直可视化分段控温煤燃烧特性测试系统，它包括给粉系统1、分段加热结构2、多视窗反应器3、在线测量系统4、同步摄像系统5和计算机6；

给粉系统1设置在多视窗反应器3的顶端，所述给粉系统1向多视窗反应器3内喷煤粉末；

在线测量系统4通过热电偶、烟气飞灰取样管和结渣积灰棒采集多视窗反应器3内的温度，对烟气、飞灰和结渣进行取样测试；

多视窗反应器3的主体为炉管，分段加热结构2每段均呈筒状，且均套设在多视窗反应器3的外侧，所述多视窗反应器3的侧壁与分段加热结构2之间留有空隙；

所述炉管侧壁相对的两侧等间隔对应开有多个窗口，每个窗口内均插接有测量支管，所述测量支管的自由端均穿过分段加热结构2；

炉管一侧的测量支管内分别设置有热电偶、烟气飞灰取样管和结渣积灰棒；

同步摄像系统5包括多个摄像机501，每个摄像机501的拍摄面分别与炉管另一侧的测量支管的自由端口对应；

计算机6对同步摄像系统5采集的图像进行显示，并对在线测量系统4采集的温度进行显示，对烟气、飞灰和结渣取样测试的结果进行显示。

进一步地，本实施方式中，

给粉系统1包括料仓101、螺旋式给料机102、煤粉燃烧器103、热风机104和电机105；

料仓101用于存储煤粉，料仓101设置在螺旋式给料机102的上侧，向螺旋式给料机102的进料口给料；螺旋式给料机102的出料口与煤粉燃烧器103的燃烧腔连通，所述燃烧腔与煤粉燃烧器103的喷嘴垂直且连通；

煤粉燃烧器103的喷嘴的下端插设在多视窗反应器3的顶端口内，燃烧喷嘴的上端与热风机的出风口对应；

螺旋式给料机102在电机104带动下向煤粉燃烧器103内输送煤粉，所述煤粉燃烧器103的燃烧腔与螺旋式给料机102的出料口连通；

燃烧的煤粉在煤粉燃烧器103喷嘴处经热风机104的热风吹向多视窗反应器3内。

本实施方式中，在多视窗反应器一侧的测量支管中布置同步摄像系统，另一侧的测量支管中布置结渣棒，通过分段加热控制系统将反应器沿程温度变化控制在接近实际锅炉的温度状态下，由热风携带煤粉通过给粉系统及煤粉燃烧器进入多视窗反应器，煤粉颗粒群在反应器内向下射流流动并反应(热解、爆裂、燃烧)，同时通过同步摄像系统和在线测量系统对飞灰在结渣棒上的积灰结渣情况进行实时观察记录，有助于更好地研究煤的积灰结渣反应机理。

进一步地，本实施方式中，

分段加热控制系统的每段结构均包括加热层、耐火保温层和加热控制系统；

加热层围设在多视窗反应器3的外侧，耐火保温层设置在加热层与多视窗反应器3之间；

所述温度控制系统包括plc控制柜，所述plc控制柜的温度信号输入端连接热电偶的温度信号输出端；plc控制柜的控制信号输出端连接加热层的加热控制信号输入端，所述plc控制柜用于控制加热层是否进行加热。

进一步地，本实施方式中，

在线测量系统4还包括烟气飞灰管路、支架和分析仪器；烟气飞灰取样管和结渣积灰棒通过支架固定在测量支管内，烟气飞灰管路的一端与烟气飞灰取样管连通，另一端与烟气分析仪的探测头对应；所述烟气分析仪用于分析飞灰和烟气的成分；

结渣积灰棒设置在与摄像机对应的测量支管内。

进一步地，本实施方式中，

烟气飞灰取样管采用l型的刚玉管，结渣积灰棒采用直管硅碳棒。

本实施方式中，烟气飞灰取样管采用l型的刚玉管，结渣积灰棒采用直管硅碳棒可通过支架上的金属卡套结构实现固定；数据线主要是将热电偶测量的温度信号传输到数据采集仪中进行实时监测和记录；烟气飞灰管路一端与烟气飞灰取样管连接，另一端依次与飞灰收集滤筒和烟气分析仪连接，用于采集试验过程中的飞灰和实时分析烟气成分；支架主要用于支撑测量元件和烟气飞灰管路；分析仪器包括数据采集仪和烟气分析仪，数据采集仪可与多个热电偶数据线连接，同时对多个温度信号进行监测和记录，烟气分析仪利用电化学传感器可连续分析测量烟气中co2、o2、co和nox等烟气含量。

进一步地，本实施方式中，

摄像机501用于拍摄多视窗反应结构内的反应过程、煤粉燃烧火焰和结渣积灰棒的灰渣堆积过程；

摄像机501的图像信号输出端通过数据线连接计算机6的图像信号输入端，所述摄像机501通过金属卡套结构和支架进行固定，并且根据测试位置调节摄像机501的布置。

本实用新型该装置采用同步摄像系统，所述同步摄像系统采用高速摄像机对煤粉颗粒在沿程反应过程中的物理变化过程进行捕捉，使变化可见；煤粉在反应器内处于流动状态，避免固定堆积状态下颗粒之间互相影响，并且保证煤粉炉内停留时间更接近锅炉内实际情况；采用分段加热控制反应器内温度，使煤粉在沿程的温度变化接近锅炉内实际状态；在线测量系统实现多点取样，可实现反应器沿程温度测量、烟气组分测量和飞灰采集等功能，便于研究不同停留时间下煤粉的反应特性。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。