[发明专利]一种高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统及方法，供气系统、多孔介质燃烧单元、实时监测系统顺序连接，多孔介质燃烧单元顶部设置高温烟气采集管，高温烟气采集管依次连接产物回收室、产物分析仪；实时检测系统包括温度监测系统和形填充物形貌监测系统；检测棒用于检测温度异常区域和燃烧单元内部不同高度横截面的温度及形貌情况。本发明采用热电偶和高速摄像仪实时监测温度与外层填充物破碎及变色情况，通过检测棒检测不能被直观观察的内层填充物的局部温度与形貌状态，记录整体破损以及变色程度，定量化判断破损情况是否影响燃烧的进行。通过检测堆积床的健康状态，有助于对低热值燃料的高效利用，减少污染物排放，避免资源浪费。

技术领域

本发明涉及一种多孔介质燃烧领域，具体而言，涉及一种高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统及方法。

背景技术

多孔介质燃烧是在内燃机、供暖设备、辐射式加热器等领域逐渐被广泛应用的新型燃烧技术，其燃烧过程中存在热再循环效应，燃料通入多孔介质燃烧单元后经高温雾化为气体，通过气体与固体、固体与固体之间的导热与传热性能，将燃料燃烧产生的热量传递至上游预热区，使未燃烧的燃料在进入反应区前被预热，这种再循环机制减少了热量损失，增加了火焰温度，可以提高燃烧速率和火焰的稳定性。与自由空间燃烧相比，多孔介质燃烧的火焰温度分布更均匀，温度梯度更为平稳，从而减少了污染物的生成，扩宽了可燃性范围。多孔介质孔隙率高，具有较大的固体表面积和热容量，其蓄热和导热能力强。而多孔介质堆积在一起形成填充床，使气体的湍流强度增加，有利于提高换热效果。因此，对在多孔介质填充床中的燃料燃烧的研究具有重要意义。

多孔介质负载催化剂后具有更大的比表面积和孔隙体积，表面活性位点增加，提高氧迁移率，使得更多的晶格氧转换为表面氧，这有助于加快燃料的反应速率，提高燃料的利用率，还可以降低燃料的起燃温度，在较低温度时就可以发生反应，这减少了污染物的生成。在整个燃烧过程多孔介质一方面作为催化剂载体，另一方面作为填充床起到稳定燃烧的作用。但是催化剂在燃烧过程中会发生积碳和烧结现象，导致催化剂的失活而变色，这是不可避免的。

当多孔介质填充物破损或变色超过一定数量时，会影响燃烧反应的进行，而在燃烧器内部部分填充物无法被直接观察到，不能检测其形貌情况。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状问题，旨在提供一种结构简单、操作便捷、可以定量判断的高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种高温燃烧气氛下堆积床结构多元检测系统，其特征在于：包括多孔介质燃烧单元、分别与多孔介质燃烧单元相连接的供气系统、实时监测系统、检测棒；其中，所述的供气系统向所述多孔介质燃烧单元提供空气和燃料；

所述实时监测系统包括监测单元与检测棒，监测单元包括高速摄像仪和多个依次伸入所述多孔介质燃烧单元内的热电偶，高速摄像仪与图像分析仪相连接，热电偶与温度监测仪相连接；检测棒包括热电偶棒和形貌扫描仪，检测棒分别与图像分析仪和温度监测仪相连接，图像分析仪、温度监测仪、产物分析仪和变径筛分别与智能控制终端相连接。

进一步地，所述多孔介质燃烧单元从上到下依次包括多孔介质催化燃烧区、多孔介质预热区、多孔介质防回火区，多孔介质防回火区通过进气管与预混室前端相连接；所述的供气系统包括空气压缩机和燃料存储罐，空气压缩机和燃料存储罐分别经管道依次与减压阀、流量计、止回阀连接后共同连接至质量流量计，质量流量计依次与阻火器、预混室后端相连接；所述多孔介质燃烧单元顶部设有高能点火器与高温烟气采集管，所述高温烟气采集管依次连通产物回收室、产物分析仪。

进一步地，所述多孔介质燃烧单元上部分多孔介质催化燃烧区填充负载催化剂的13mm氧化铝小球，下部分多孔介质预热区填充3mm氧化锆小球，底部防回火层采用60PPI的氧化锆泡沫陶瓷板，多孔介质燃烧单元壁面采用石英玻璃材质。