[发明专利]煤粉火焰燃烧诊断试验装置

说明书

技术领域

本发明属于煤粉燃烧研究技术领域。

背景技术

我国一次能源以煤为主，煤粉燃烧目前是最主要的燃烧方式。我国现役煤粉锅炉排烟中的NOx的浓度较高，而NOx是光化学烟雾、雾霾的主要前驱物和成分。面对日益严重的环境问题，尤其是火电厂氮氧化物排放造成的污染，国家新制定的火电厂大气污染物排放标准中氮氧化物排放限值达到世界上最严格的水平，对我国电站煤粉锅炉燃烧和脱硝技采用先进光学测量诊断手段详尽测量分析煤粉火焰结构变化和火焰中组分和自由基的分布，对揭示煤粉火焰的燃烧反应和燃烧中污染物生成机制具有重要意义，为提出满足煤粉燃烧要求的新燃烧技术提供重要支撑。

目前已有的高温环境下煤粉火焰光学测量研究装置是由Hencken型平面扩散火焰燃烧器上主要通过中间插入给粉管改造而成的，在文献“Ye Y,Li S,Li G,et al.The transition of heterogeneous–homogeneous ignitions of dispersed coal particle streams[J].Combustion&Flame,2014,161(9)：2458–2468”(分散煤粉流的异向-同向着火转变)中所用的一种改造后的可供光学测量的Hencken型平面火焰燃烧器，记为A装置。A装置主要部分是一种横截面为正方形的蜂窝陶瓷结构及插在其上的几百根内径1.2mm不锈钢管，它们产生相互接近的几百个小的非预混火焰片融合形成“平面火焰”，在蜂窝陶瓷结构中间有一根喷煤粉的2mm的钢管。一个55mm×55mm的石英窗使煤粉火焰与环境空气隔离，提供一个好的光学测量条件。A装置工作时，用CO作为扩散火焰的的燃气从1.2mm不锈钢管中给入，O₂和N₂氮气的混合物作为氧化剂从这些燃气管之间给入，N₂作为煤粉的携带气。

A装置的缺点主要表现在以下几个方面：一、通过氮气携带煤粉进入燃烧室与实际电站煤粉锅炉中煤粉燃烧情况不符，不能模拟煤粉燃烧局部环境(包括煤粉周围的氧浓度和温度等)，不能研究过量空气系数为1或接近1的工况，因为此时烟气中氧浓度为零或接近零；二、燃气管和给粉管没有水冷，会导致管子温度随时间升高，管子容易烧坏；三、该装置没有保护气保护光学窗，在高温环境下(例如大于2000K时)石英光学窗容易因温度过高而损坏；四、该装置不能用于PLIF方法研究煤粉火焰，因为该装置给粉管是固定的，煤粉火焰位置不能根据不同研究工况调整从而不能满足PLIF(Planar Laser Induced Fluorescence)方法要求的煤粉火焰的自由基和平焰的自由基分开的条件。

对于煤粉火焰燃烧诊断实验室研究，试验装置需要能模拟煤粉在电站煤粉锅炉炉膛中实际燃烧情况，不仅要模拟电站煤粉锅炉炉膛中的高温烟气环境，还需模拟煤粉燃烧局部环境包括煤粉周围的氧浓度和温度等。PLIF方法进行燃烧诊断研究，需要试验用炉体保证激光及荧光信号的顺利通过，需要试验中保证给粉量足够小，减少颗粒对激光遮挡干扰；PLIF系统发出探测激光方向和接收的荧光方向呈90度夹角，为了减少光学窗对其光路的影响，光学窗需要可做成矩形；为了PLIF系统探测到真实的煤粉火焰的荧光信号，需使煤粉火焰产生的荧光与平焰产生的荧光区分开。现有的试验装置还不能满足上述要求。

发明内容

本发明是为了解决现有模拟煤粉在电站煤粉锅炉炉膛中燃烧的实验装置不能模拟煤粉实际燃烧环境，并且不能够利用PLIF系统进行煤粉火焰的燃烧诊断的问题，现提供煤粉火焰燃烧诊断试验装置。

煤粉火焰燃烧诊断试验装置，它包括：集成燃烧器、4个方形光学窗、尾气收集装置、旋风分离器、过滤器、干燥装置、引风机、微量给粉机和PLIF光路系统；

4个方形光学窗首尾相接所围成的空间作为煤粉火焰燃烧诊断试验装置的燃烧室，该空间为上下通透的立方体；

微量给粉机的出粉口与集成燃烧器的进粉端相连通，集成燃烧器的火焰喷射端与燃烧室的上端口连通，燃烧室的下端口与尾气收集装置的进气口相连通，尾气收集装置的出气口与旋风分离器的进气口相连通，旋风分离器的出气口与过滤器的进气口相连通，过滤器的出气口与干燥装置的进气口相连通，干燥装置的出气口与引风机的进气口相连通；

PLIF光路系统用于检测煤粉火焰中的自由基；

所述集成燃烧器包括：燃烧器炉盘、水冷槽密封皮、二次风管、保护气腔体、预混气腔体、二次风腔体和给粉管；