[发明专利]微型双床固体燃烧解耦燃烧反应动力学分析仪

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

目前常用的解耦研究方法(详见文献：Yu Jianglong et a.，Progress in Energy an 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的中国发明专利《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。

发明内容

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，本发明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。

本发明采用的技术方案为：

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℃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。

本发明具有如下优点：