[发明专利]基于气体混合器结构优化的天然气掺氢燃烧性能测量系统

说明书

本发明公开了基于气体混合器结构优化的天然气掺氢燃烧性能测量系统，其特征在于，包括掺氢模块、混合器性能测量模块、供气模块、燃烧性能测量模块及废气处理模块，所述掺氢模块用于混合H2与CNG气体，所述混合器性能测量模块用于测量混合器的混合效果，所述供气模块用于混合气体与外界空气的混合，所述燃烧性能测量模块用于测量燃具的燃烧性能，所述废气处理模块用于有毒气体处理。本发明的有益效果是：该试验系统通过对静态气体混合器结构优化，得到压降最小，混合效果最好的混合器，将天然气和氢气进行充分混合，使得混合气体燃烧充分，释放更少的有毒气体，提高热值，从而提高燃料的利用效率，降低对环境的污染，达到节能减排的效果。

技术领域

本发明涉及天然气掺氢燃烧性能测试系统技术领域，具体涉及一种基于气体混合器结构优化的天然气掺氢燃烧性能测量系统。

背景技术

随着风能和太阳能的增长为电解水制造可再生氢提供越来越多 的剩余电力，以可再生氢作为提高天然气中可再生能源占比水平的一种新方式，已具备了一定的条件和技术能力。通过已有的天然气管道输送HCNG以用于燃气灶燃烧，不但较为便捷地解决了氢气输运的问题而且大幅提高了市场消纳氢气的能力。由于氢气特殊的燃烧特性，会使燃具燃烧器的一次空气系数、热负荷、燃烧稳定性、烟气中一氧化碳含量等燃烧工况发生变化，因此需要对天然气掺氢的燃烧性能进行测试。

一方面，由于氢气燃烧速度快，当混合气体流速小于火焰传播速度时，火焰可能逆流传播进火孔，使燃烧在燃烧器内部或在喷嘴处进行产生回火，回火可能造成燃气灶产生破坏，导致燃烧器烧毁，玻璃面板、陶瓷面板爆裂、不锈钢面板发黑，内部布线、控制器件损毁等事故，同时又由于是不完全燃烧，释放大量的有毒气体，既带来财产损失又危及用户的使用安全。

另一方面，H₂与CNG混合程度会影响气体的燃烧性能，释放更少的CO，NO_x等有毒气体，提高热值，从而提高燃气的利用效率，降低对环境的污染，达到节能减排的效果，因此为了能够达到更好的混合气（HCNG）燃烧利用性能，开发高效便捷的混合器结构十分关键。

国内外学者对于混合器结构也进行了大量研究，主要涉及混合器类型和混合器结构改进优化。一些学者利用稳压罐对于气体进行混合，形成稳定的混合气HCNG,既可以降低由于管路压力波动造成的系统控制不稳定,又有足够的稳压罐容积以满足试验要求。稳压罐虽然能够在大范围供应居民用气过程中具有管路供气稳定，不易回火爆燃等优点。但由于体积较大，占用一定空间，而且CNG和H₂混合后形成的HCNG气体存储在容器内部，容易发生危险，不适合城市居民长期大范围使用。

进一步地，一些学者对于混合器改进优化做了大量的工作，研究了静态混合器内部单元数对聚合物混合效果的影响；也有一些学者研究了气-气快速喷射混合器，分析了动量比、开孔直径、壁面开孔数及混合器长径比等因素对混合效果的影响。

本发明设计一种基于气体混合器结构优化的天然气掺氢燃烧性能测试系统，通过对气体静态混合器的结构优化，测量基于不同结构混合器下的不同组分HCNG下燃具的燃烧性能。并且根据燃具内置的防回火装置，将热电阻所测量的阻值与控制器的阈值相比较，判断燃具是否发生回火以及确定掺氢比的临界值。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于气体混合器结构优化的天然气掺氢燃烧性能测量系统方案，使得家用燃气灶产品设计相关技术指标测量更为合理、便捷、准确。

本发明的技术方案如下：