[发明专利]观测视角可调的固体燃烧反应器

说明书

本发明公开了一种观测视角可调的固体燃烧反应器，包括反应器和观测装置；反应器侧壁上设有2个插装有一对侧孔热电偶、引燃剂喷管和电热丝点火器的侧孔，反应器的底板装配有挺柱，挺柱上焊接有燃料支撑台并外接电控装置和重量传感器，挺柱可带动燃料支撑台上下移动；反应器底板上设有分别插装有一对底孔热电偶及用于外接气瓶、气泵、后处理装置和气体成分检测装置的通孔；观测装置包括设置在反应器外周的圆环形滑轨，滑轨上装配有滑块，滑块上通过工作平台安装有高速摄像机。本发明有利于避免外部环境因素的影响，维持稳定的燃烧过程，减少对流影响；可实现一侧通入易燃气体一侧电热点火，点火过程不用开放封闭环境，可优化点火过程。

技术领域

本发明属于只用固体燃料的燃烧方法或设备领域，涉及一种具有推动燃料通过燃烧室的驱动装置的燃烧设备。

背景技术

固体燃烧是燃烧学、燃烧化学的重要研究方向之一，同时与消防科学、能源动力科学、安全科学、环保科学密切相关。煤被认为是最重要的一种固体燃料，它通常以煤粉的形式在火力电站的锅炉中燃烧。固体燃烧的其他领域还包括金属燃烧、垃圾焚烧、木材燃烧、煤焦炭焦燃烧、固相化学药品燃烧、废料(例如核废料)燃烧等。

固体燃料燃烧是一个相对比较复杂的过程，伴随着燃料的燃烧过程，燃料发生气化、升华等物理现象(如六次甲基四胺，燃烧过程中发生升华)，同时发生热解、氧化等复杂的化学变化，燃烧体系从单一均相体系转化为复杂的非均相反应，气-液反应，气-固反应混杂。这导致针对固体燃料燃烧和火焰的研究面临较大的困难。

现阶段的部分研究受限于实验装置，在相对开放的环境下开展研究，无法排除复杂的环境影响，也无法确保实验其他过程(例如点火过程)的可重复性，存在较大的系统误差。部分实验采用的管型反应器无法避免对流的影响，只能通过多次采用不同点火方式对比数据以排除误差。

参考当前针对固体燃料燃烧过程和火焰的研究，用于评价燃烧过程的参数(或指标)包括火焰形态、火焰亮度、燃烧温度和燃烧速率等；同时，针对煤以外众多复杂固体燃料的燃烧，同样重要的还有烟气的成分。火焰形态、火焰亮度主要通过分析高速摄像机的照片得到；燃烧温度主要通过热电偶测量；燃烧速率有不同的测量方式，包括称重法和Canny边界探测方法(需要分析照片中的试样的形态变化)等；烟气成分鉴定有多种方式，包括光谱法、气相色谱法等等。值得注意的是，由于固体燃烧过程的复杂性，即使实验所用试样经过严谨的加工，形态规则，燃料试样的不同位置也可能具有不同的燃烧情况，呈现出不同的火焰形态，传统的固体燃烧火焰研究在定点设置摄像机，不能改变火焰的观测角度，也无法选择合适的位置取得火焰形态的典型照片；同时，称重法并不能完全解决燃料物理变化的问题，而Canny边界法需要精确提取燃料块轮廓，这需要更加精细的多方位照片，现阶段用单方位二维图像来确定燃料体积的变化具有较大的误差；此外，现阶段许多研究是相对分离的，火焰研究和烟气研究不能并联进行，这主要受限于实验装置的结构。

现阶段已有较多固体燃烧反应器的研究，包括多种开放式和封闭式设计，一部分指向于工业应用，直接在燃料应用环境(如火箭燃烧室)中实验，一部分指向于科研应用。但上述反应器均未考虑三维火焰研究，研究过程过于理想化，并未设置多角度观测系统，也未设计多种方法结合的燃烧速率检测体系；此外，上述反应器大多针对对火焰形态或烟气的单独研究，指向于联合检测的反应器很少。

发明内容

就当前固体燃烧和火焰研究的需要，有必要设计一套新实验装置，这套装置一方面需要实现封闭化，避免外界环境的影响，尽量减少对流，有稳定的点火燃烧系统；另一方面需要实现多方位的火焰观测，扩大火焰形态、火焰亮度、燃烧速率的数据量，并将火焰研究和烟气研究相结合，充分发挥封闭式反应器的特点。这是本发明要解决的问题。针对上述现有技术，本发明提出一种观测视角可调的固体燃烧反应器，本发明的固体燃烧反应器带有可移动的燃料支撑面，具有可移动组件的燃料支撑面；该固体燃烧反应器包括反应器和观测系统。它能够视角可调地多角度有效观测固体燃烧火焰，丰富火焰形态、火焰亮度、试样形态的数据，并且能有效解决外部条件影响的问题，缓解内部对流问题。本装置安全可靠，便于拆装检修。