在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)錐形探針的尖端相對(duì)于固體燃料火焰的位置，可以對(duì)固體燃料火焰不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行取樣；利用二維移動(dòng)平臺(tái)，可以方便靈活地獲得更加豐富和精確的固體燃料燃燒產(chǎn)物的空間分布信息，有助于了解固體燃料的燃燒化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及優(yōu)化燃燒產(chǎn)物；通過(guò)驅(qū)動(dòng)器和控制器可以更加精確地控制錐形探針位于固體燃料火焰的軸向和徑向位置，進(jìn)一步提高了取樣和檢測(cè)的精度和便利性；利用六通閥和分析儀器等設(shè)備，可以方便快速地對(duì)多種無(wú)機(jī)物，包括輕烴、多環(huán)芳烴在內(nèi)的多種有機(jī)物進(jìn)行在線、實(shí)時(shí)檢測(cè)，得到定性和定量分析結(jié)果。
【專利說(shuō)明】
在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)化學(xué)分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主的局面和缺油少氣的情況將長(zhǎng)期不會(huì)改變。在我國(guó)煤炭使用方式中，煤炭直接燃燒占84%，而燃煤所產(chǎn)生的污染物是我國(guó)大氣污染的主要來(lái)源之一。目前，我國(guó)已將煤的高效清潔燃燒技術(shù)列入國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃。因此，煤的高效清潔燃燒必將是一個(gè)長(zhǎng)期而重要的研究課題。近年來(lái)，生物質(zhì)燃料因具有可再生、成低本、C02及S02等污染物排放量低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為能源熱轉(zhuǎn)換研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)對(duì)象。生物質(zhì)組成成分因其種類的不同而具有較大差別，這些結(jié)構(gòu)上的差異也會(huì)導(dǎo)致生物質(zhì)在燃燒過(guò)程中的特性有明顯不同。油頁(yè)巖是一種十分重要的化石能源，其儲(chǔ)量巨大，是石油和天然氣的重要替代能源。合理開(kāi)發(fā)利用油頁(yè)巖，對(duì)于緩解我國(guó)石油短缺具有極為重大的戰(zhàn)略意義。進(jìn)行油頁(yè)巖熱轉(zhuǎn)化特性研究是保證獲得高品質(zhì)頁(yè)巖油的基礎(chǔ)，具有十分重要的研究?jī)r(jià)值。此外，輪胎、污泥等廢棄物也是重要的能源資源，對(duì)這些廢棄物的熱轉(zhuǎn)化利用有助于降低對(duì)化石能源的依賴。綜上所述，研究固體燃料的熱轉(zhuǎn)化利用對(duì)于緩解我國(guó)油氣資源短缺具有極其重要的意義，而發(fā)展有效的研究和檢測(cè)裝置是保證研究工作順利開(kāi)展的前提和保障。
[0003]固體燃料的燃燒過(guò)程極其復(fù)雜，只有準(zhǔn)確、全面地獲得各種燃燒產(chǎn)物的定性和定量信息，才能深刻理解固體燃料的燃燒機(jī)理。目前研究的趨勢(shì)是深入了解固體燃料燃燒的化學(xué)過(guò)程，對(duì)各種燃燒產(chǎn)物進(jìn)行全面的探測(cè)和濃度測(cè)量。在眾多的燃燒反應(yīng)器中，平面火焰攜帶流反應(yīng)器的加熱速率可以達(dá)到105_106K/s，是目前實(shí)驗(yàn)室規(guī)模最接近真實(shí)爐膛的實(shí)驗(yàn)裝置之一。
[0004]在已經(jīng)報(bào)道的同領(lǐng)域?qū)＠拔墨I(xiàn)中，研究者們得到的只有反應(yīng)器出口處煤粉燃燒產(chǎn)物的總體情況，而且只有有限的關(guān)于產(chǎn)物沿反應(yīng)器軸向或徑向分布的結(jié)果。授權(quán)公告號(hào)為CN102788884B的中國(guó)專利“在線檢測(cè)生物質(zhì)熱化學(xué)反應(yīng)氣相中間產(chǎn)物的方法及裝置”采用三通閥、微調(diào)閥和六通閥進(jìn)樣器等裝置對(duì)生物質(zhì)在熱化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)的氣相中間產(chǎn)物進(jìn)行取樣，進(jìn)而用分析儀器進(jìn)行分析。但是該專利的取樣點(diǎn)只是在熱化學(xué)反應(yīng)器的上部出口，因此無(wú)法對(duì)反應(yīng)器中不同空間位置處的產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)。文獻(xiàn)“流化床燃燒超低濃度煤層氣的軸向氣體分布”(2012年2月發(fā)表于《工程熱物理學(xué)報(bào)》第33卷第2期240-250頁(yè))研究了煤燃燒產(chǎn)物沿鼓泡流化床的軸向分布規(guī)律，該工作采用取樣袋收集軸向燃燒產(chǎn)物，之后用氣相色譜進(jìn)行分析，但該工作無(wú)法檢測(cè)燃燒產(chǎn)物在反應(yīng)器徑向的分布情況。文獻(xiàn)“循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)氣體濃度的分布”(2003年3月發(fā)表于《應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)》第11卷第I期71-76頁(yè))利用自行研制的水冷探針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行在線取樣，取樣后的燃燒產(chǎn)物先后經(jīng)過(guò)氣固分離器和干燥器，最后由分析儀器進(jìn)行檢測(cè)。該文獻(xiàn)研究的煤粉主要燃燒產(chǎn)物包括02、C0、C0和ΝΟχ，但取樣過(guò)程中的氣固分離器和干燥器會(huì)極大的影響對(duì)低濃度產(chǎn)物的檢測(cè)，并且分析儀器采用的是煙氣分析儀，這無(wú)法確保對(duì)低濃度的輕烴或者多環(huán)芳烴等產(chǎn)物進(jìn)行有效的檢測(cè)。
[0005]到目前為止，還沒(méi)有關(guān)于平面火焰攜帶流反應(yīng)器固體燃料在不同軸向及徑向位置處燃燒產(chǎn)物的在線定性及定量檢測(cè)見(jiàn)諸報(bào)道，全面獲得這些無(wú)機(jī)和有機(jī)產(chǎn)物的信息對(duì)于理解固體燃料燃燒機(jī)理和優(yōu)化燃燒產(chǎn)物有著極為重要的意義。因此，發(fā)展一種在線檢測(cè)攜帶流反應(yīng)器中不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置。
[0008](二)技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明提供了一種在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置，用于檢測(cè)反應(yīng)器中的固體燃料燃燒產(chǎn)物，包括:在線取樣系統(tǒng)20和在線檢測(cè)系統(tǒng)30;其中，所述在線取樣系統(tǒng)20包括錐形探針21，所述錐形探針的尖端探入反應(yīng)器的固體燃料火焰，通過(guò)調(diào)節(jié)錐形探針的尖端相對(duì)于固體燃料火焰的位置，對(duì)固體燃料火焰不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行取樣;所述在線檢測(cè)系統(tǒng)30連接所述在線取樣系統(tǒng)20，并接收在線取樣系統(tǒng)采集的燃燒產(chǎn)物并對(duì)燃燒產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)。
[0010]優(yōu)選地，所述在線取樣系統(tǒng)20還包括:轉(zhuǎn)接頭22、二維移動(dòng)平臺(tái)23和附屬管路25;所述錐形探針的另一端通過(guò)所述轉(zhuǎn)接頭22連接所述附屬管路25，所述轉(zhuǎn)接頭22安裝于所述二維移動(dòng)平臺(tái)23上，所述二維移動(dòng)平臺(tái)23帶動(dòng)所述錐形探針21移動(dòng)，使得所述錐形探針的尖端相對(duì)于固體燃料火焰的位置被調(diào)節(jié)。
[0011]優(yōu)選地，所述二維移動(dòng)平臺(tái)23包括:X軸滑軌、Y軸滑軌，所述X軸滑軌與固體燃料火焰軸向平行，所述Y軸滑軌與固體燃料火焰徑向平行，使得錐形探針的尖端相對(duì)于固體燃料火焰的位置連續(xù)被調(diào)節(jié)，固體燃料火焰任意不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物被取樣。
[0012]優(yōu)選地，所述二維移動(dòng)平臺(tái)23還包括:驅(qū)動(dòng)器以及控制器，所述控制器控制所述驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作，所述驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)所述轉(zhuǎn)接頭22和錐形探針21沿X軸滑軌和Y軸滑軌移動(dòng)，使得所述錐形探針的尖端相對(duì)于固體燃料火焰的位置連續(xù)被調(diào)節(jié)，固體燃料火焰任意不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物被取樣。
[0013]優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)器為電機(jī)，所述控制器為計(jì)算機(jī)或單片機(jī)。
[0014]優(yōu)選地，所述錐形探針21為石英材料，所述錐形探針的尖端孔徑范圍為0.1-2.0mm0
[0015]優(yōu)選地，所述附屬管路25為不銹鋼或聚四氟乙烯材料。
[0016]優(yōu)選地，所述在線檢測(cè)系統(tǒng)30包括:取樣管路31、定量環(huán)32、真空栗33、分析儀器34、六通閥35及載氣36，其中，所述六通閥35上沿逆時(shí)針?lè)较蛟O(shè)有六個(gè)接口，所述取樣管路31—端連接六通閥的第一接口 I，另一端連接在線取樣系統(tǒng)的附屬管路25，所述定量環(huán)32連接六通閥的第三接口 3和第六接口 6，所述真空栗33連接六通閥的第二接口 2，所述分析儀器34連接六通閥的第四接口 4，所述載氣36通入六通閥的第五接口 5。
[0017]優(yōu)選地，所述取樣管路31采用不銹鋼管路，并具有加熱裝置，所述加熱裝置對(duì)取樣管路31進(jìn)行加熱，防止待測(cè)樣品24冷凝。
[0018]優(yōu)選地，所述分析儀器34為氣相色譜分析儀、質(zhì)譜分析儀、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析儀或傅里葉紅外光譜分析儀。
[0019](三)有益效果
[0020]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置具有以下有益效果:
[0021](I)通過(guò)調(diào)節(jié)錐形探針的尖端相對(duì)于固體燃料火焰的位置，可以對(duì)固體燃料火焰不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行取樣；
[0022](2)利用二維移動(dòng)平臺(tái)，可以對(duì)固體燃料火焰任意不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行取樣并進(jìn)行檢測(cè)，方便靈活地獲得了更加豐富和精確的固體燃料燃燒產(chǎn)物的空間分布情況信息，有助于了解固體燃料的燃燒化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及優(yōu)化燃燒產(chǎn)物；
[0023](3)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器和控制器可以更加精確地控制錐形探針位于固體燃料燃燒火焰的軸向和徑向位置，進(jìn)一步提高了取樣和檢測(cè)的精度和便利性；
[0024](4)利用六通閥和分析儀器等設(shè)備，可以方便快速地對(duì)多種無(wú)機(jī)物，包括輕烴、多環(huán)芳烴在內(nèi)的多種有機(jī)物進(jìn)行在線、實(shí)時(shí)檢測(cè)，得到定性和定量分析結(jié)果。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為利用本發(fā)明實(shí)施例的在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置得到的設(shè)定工況下煤粉燃燒火焰中部分產(chǎn)物的軸向(z軸)空間分布圖；
[0027]圖3為利用本發(fā)明實(shí)施例的在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置得到的設(shè)定工況下煤粉燃燒火焰中部分產(chǎn)物的徑向(r軸，距反應(yīng)器表面Z = 1mm處)空間分布圖。
[0028]【符號(hào)說(shuō)明】
[0029]10-平面火焰攜帶流反應(yīng)器系統(tǒng)；11-給料機(jī)；12-平面火焰攜帶流反應(yīng)器;13-內(nèi)燃燒器管路；14-外燃燒器管路；15-外環(huán)管路；16-進(jìn)氣系統(tǒng)；121-內(nèi)燃燒器；122-外燃燒器；123-外環(huán)；
[0030]20-在線取樣系統(tǒng);21-錐形探針;22-轉(zhuǎn)接頭;23-二維移動(dòng)平臺(tái)；24-待測(cè)樣品；25-附屬管路；
[0031 ] 30-在線檢測(cè)系統(tǒng)；31-取樣管路；32-定量環(huán)；33-真空栗；34-分析儀器；35-六通閥；36-載氣；
[0032]1-第一接口 ；2_第二接口 ；3_第三接口 ；4_第四接口 ；5_第五接口 ；6_第六接口。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0034]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置，其包括:在線取樣系統(tǒng)20和在線檢測(cè)系統(tǒng)30;其中，
[0035]在線取樣系統(tǒng)20包括:錐形探針21、轉(zhuǎn)接頭22、二維移動(dòng)平臺(tái)23和附屬管路25，其中，錐形探針的尖端探入反應(yīng)器的固體燃料火焰，其另一端通過(guò)轉(zhuǎn)接頭22連接附屬管路25，轉(zhuǎn)接頭22安裝于二維移動(dòng)平臺(tái)23上，二維移動(dòng)平臺(tái)23帶動(dòng)錐形探針21移動(dòng)，錐形探針尖端相對(duì)于固體燃料火焰的位置被調(diào)節(jié)，對(duì)固體燃料火焰不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行取樣；
[0036]在線檢測(cè)系統(tǒng)30，其連接在線取樣系統(tǒng)的附屬管路25，接收在線取樣系統(tǒng)采集的燃燒產(chǎn)物并對(duì)燃燒產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)。
[0037]其中，錐形探針21為石英材料，附屬管路25為不銹鋼或聚四氟乙烯材料，轉(zhuǎn)接頭22用于轉(zhuǎn)接石英材料的錐形探針和不銹鋼或聚四氟乙烯材料的附屬管路;錐形探針的尖端孔徑范圍為0.1-2.0_，錐形探針的長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際樣品情況進(jìn)行選擇。
[0038]其中，二維移動(dòng)平臺(tái)23包括:X軸滑軌、Y軸滑軌，X軸滑軌與固體燃料火焰軸向平行，Y軸滑軌與固體燃料火焰徑向平行，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)接頭22沿X軸滑軌和Y軸滑軌移動(dòng)，從而使得錐形探針的尖端位于固體燃料火焰不同的軸向和徑向位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)固體燃料火焰任意不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行取樣。
[0039]本發(fā)明實(shí)施例的在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置，固體燃料在反應(yīng)器中燃燒后形成穩(wěn)定火焰，利用二維移動(dòng)平臺(tái)23帶動(dòng)錐形探針21沿X軸滑軌和Y軸滑軌移動(dòng)，錐形探針尖端相對(duì)于火焰的位置可以連續(xù)地調(diào)節(jié)，錐形探針21可以對(duì)火焰任意不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行取樣，燃燒產(chǎn)物的待測(cè)樣品24進(jìn)入錐形探針的中空通道，并經(jīng)由轉(zhuǎn)接頭22進(jìn)入附屬管路25，并進(jìn)入在線檢測(cè)系統(tǒng)30，在線檢測(cè)系統(tǒng)30可以對(duì)待測(cè)樣品24進(jìn)行在線、實(shí)時(shí)、快速的定性和定量分析。
[0040]本發(fā)明實(shí)施例的在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置，其利用二維移動(dòng)平臺(tái)，可以對(duì)固體燃料火焰任意不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行取樣并進(jìn)行檢測(cè)，方便靈活地獲得了更加豐富和精確的固體燃料燃燒產(chǎn)物的空間分布信息，有助于了解固體燃料的燃燒化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及優(yōu)化燃燒產(chǎn)物。
[0041 ] 優(yōu)選地，二維移動(dòng)平臺(tái)23還包括:驅(qū)動(dòng)器以及控制器，控制器可以控制驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)器可以帶動(dòng)轉(zhuǎn)接頭22和錐形探針21沿X軸滑軌和Y軸滑軌移動(dòng)，從而使得錐形探針的尖端位于固體燃料火焰不同的軸向和徑向位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)固體燃料火焰不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行取樣。
[0042]所述驅(qū)動(dòng)器可以為電機(jī)，所述控制器可以為計(jì)算機(jī)或單片機(jī)。
[0043]通過(guò)驅(qū)動(dòng)器和控制器可以更加精確地控制錐形探針位于固體燃料火焰的軸向和徑向位置，進(jìn)一步提高了取樣和檢測(cè)的精度和便利性。
[0044]在本實(shí)施例中，在線檢測(cè)系統(tǒng)30包括:取樣管路31、定量環(huán)32、真空栗33、分析儀器34、六通閥35及載氣36，其中，六通閥35上沿逆時(shí)針?lè)较蛟O(shè)有六個(gè)接口，取樣管路31—端連接六通閥的第一接口 I，另一端連接在線取樣系統(tǒng)的附屬管路25，定量環(huán)32連接六通閥的第三接口 3和第六接口 6，真空栗33連接六通閥的第二接口 2，分析儀器34連接六通閥的第四接口 4，載氣通入六通閥的第五接口 5。
[0045]取樣管路31采用不銹鋼管路，并具有加熱裝置，其對(duì)取樣管路31進(jìn)行加熱，防止待測(cè)樣品24冷凝。
[0046]分析儀器34可以為氣相色譜分析儀(GC)、質(zhì)譜分析儀(MS)、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析儀(GC-MS)、傅里葉紅外光譜分析儀(FTIR)，優(yōu)選GC和GC-MS，可以對(duì)多種無(wú)機(jī)物，包括輕烴、多環(huán)芳烴在內(nèi)的多種有機(jī)物進(jìn)行定性和定量分析。載氣36為氦氣或者氮?dú)獾榷栊詺怏w。
[0047]本實(shí)施例的在線檢測(cè)系統(tǒng)30，利用真空栗33使得整個(gè)取樣管路31中形成真空梯度，使得在線取樣系統(tǒng)附屬管路25傳輸過(guò)來(lái)的待測(cè)樣品不斷進(jìn)入定量環(huán)32中，通過(guò)氦氣等載氣36的帶入及六通閥35的切換，定量環(huán)32中的最終被引入分析儀器34進(jìn)行檢測(cè)。具體地，六通閥35在取樣狀態(tài)下，第一接口 I和第六接口 6之間的管路16、第二接口 2和第三接口 3之間的管路23、第四接口 4和第五接口 5之間的管路45連通成為聯(lián)通管路，待測(cè)樣品從第一接口 I進(jìn)入，依次經(jīng)過(guò)聯(lián)通管路16、定量環(huán)32、聯(lián)通管路23后，從第二接口2經(jīng)由真空栗33排出，使定量環(huán)32中充滿氣相中間產(chǎn)物，完成取樣，同時(shí)，載氣36從第五接口 5進(jìn)入，經(jīng)過(guò)聯(lián)通管路45進(jìn)入分析儀器34。六通閥35在進(jìn)樣狀態(tài)下，第一接口 I和第二接口 2之間的管路12、第三接口 3和第四接口 4之間的管路34、第五接口 5和第六接口 6之間的管路56連通成為聯(lián)通管路，氣相中間產(chǎn)物從第一接口 I進(jìn)入，從第二接口 2經(jīng)由真空栗33排出，載氣36從第五接口5進(jìn)入，依次經(jīng)過(guò)聯(lián)通管路56、定量環(huán)32、聯(lián)通管路34后，將定量環(huán)32中的待測(cè)樣品送入分析儀器34，完成進(jìn)樣并進(jìn)行檢測(cè)。
[0048]本實(shí)施例利用六通閥和分析儀器等設(shè)備，可以方便快速地對(duì)多種無(wú)機(jī)物，以及包括輕烴、多環(huán)芳烴在內(nèi)的多種有機(jī)物進(jìn)行在線、實(shí)時(shí)檢測(cè)，得到定性和定量分析結(jié)果。
[0049]本實(shí)施例適用于各種化學(xué)反應(yīng)器，例如但不限于攜帶流反應(yīng)器，尤其是平面火焰攜帶流反應(yīng)器系統(tǒng)10。
[0050]平面火焰攜帶流反應(yīng)器系統(tǒng)10包括:給料機(jī)11、平面火焰攜帶流反應(yīng)器12、內(nèi)燃燒器管路13、外燃燒器管路14、外環(huán)管路15和進(jìn)氣系統(tǒng)16。平面火焰攜帶流反應(yīng)器12包括內(nèi)燃燒器121、外燃燒器122和外環(huán)123。內(nèi)燃燒器氣體通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)16由內(nèi)燃燒器管路13攜帶給料機(jī)11給出的固體燃料一同進(jìn)入平面火焰攜帶流反應(yīng)器12的內(nèi)燃燒器121中。外燃燒器氣體和外環(huán)保護(hù)氣體分別通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)16由外燃燒器管路14和外環(huán)管路15通入平面火焰攜帶流反應(yīng)器12的外燃燒器122及外環(huán)123中。
[0051]其中，所述固體燃料為能產(chǎn)生熱能的固態(tài)可燃物質(zhì)；優(yōu)選地，所述固體燃料為煤粉、半焦、生物質(zhì)、油頁(yè)巖、污泥干粉和固體垃圾中的一種或兩種以上的混合物。
[0052]其中，進(jìn)氣系統(tǒng)16根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求可以通入多種氣體，例如可以通入甲烷(CH4)、氧氣(02)、氮?dú)?N2)、氫氣(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和氨氣(NH3)等，用于給固體燃料提供反應(yīng)氣及保護(hù)氣。實(shí)驗(yàn)所需的氣體通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)16后，分別進(jìn)入內(nèi)燃燒器管路13、外燃燒器管路14和外環(huán)管路15。
[0053]內(nèi)燃燒器管路13中可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要通入CH4、02、N2、H2、C0、C02、NH3等氣體的一種或兩種及以上的混合氣體。
[0054]外燃燒器管路14中可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要通入CH4、02、N2、H2、⑶、0)2和冊(cè)3等氣體的一種或兩種及以上的混合氣體。
[0055]外環(huán)管路15中可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要通入他等氣體。
[0056]在平面火焰攜帶流反應(yīng)器系統(tǒng)10中，所需要的混合預(yù)混氣體通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)16通入外燃燒器管路14，點(diǎn)燃后會(huì)在平面火焰攜帶流反應(yīng)器12表面形成一層均勻的層流預(yù)混火焰。另一組所需要的混合預(yù)混氣體通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)16通入內(nèi)燃燒器管路13將給料機(jī)11給出的固體燃料顆粒帶入內(nèi)燃燒器管路13，此時(shí)會(huì)形成固體燃料燃燒火焰。外環(huán)保護(hù)氣體通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)16通入外環(huán)管路15，作為內(nèi)外兩個(gè)燃燒器兩級(jí)火焰的保護(hù)氣，最終會(huì)形成穩(wěn)定的固體燃料燃燒火焰。
[0057]本發(fā)明實(shí)施例的在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置，對(duì)平面火焰攜帶流反應(yīng)器系統(tǒng)10形成的固體燃料燃燒火焰，可以對(duì)其任意不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行取樣，并進(jìn)在線檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行在線、實(shí)時(shí)、快速的定性和定量分析。
[0058]以下通過(guò)兩個(gè)具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的有益效果。
[0059]實(shí)例I
[0060]實(shí)例I中所用原料為神木煤，粒徑范圍為90-100μπι，給料量為200g/h。在平面火焰攜帶流反應(yīng)器系統(tǒng)10中，將氧氣、氮?dú)夂图淄榈幕旌项A(yù)混氣體通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)16通入外燃燒器管路14，點(diǎn)燃這些預(yù)混氣體，形成均勻的層流預(yù)混火焰;氧氣、氮?dú)夂图淄榈幕旌项A(yù)混氣體通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)16通入內(nèi)燃燒器管路13，并將給料機(jī)11給出的神木煤顆粒帶入內(nèi)燃燒器121;氮?dú)庾鳛橥猸h(huán)保護(hù)氣體通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)16通入外環(huán)管路15，最終形成穩(wěn)定的神木煤燃燒火焰。
[0061 ]在線取樣系統(tǒng)20中的錐形探針21通過(guò)二維移動(dòng)平臺(tái)23沿著神木煤火焰的軸向方向進(jìn)行取樣。
[0062]待測(cè)燃燒產(chǎn)物經(jīng)過(guò)在線取樣系統(tǒng)20后進(jìn)入在線檢測(cè)系統(tǒng)30被檢測(cè)，其中，定量環(huán)32取樣量為Iml，真空栗33為單級(jí)旋片式機(jī)械真空栗，載氣36為純度為99.999 %的高純氦氣，分析儀器34為氣相色譜(Agilent 7890B)。
[0063]圖2為在實(shí)例I中得到的神木煤燃燒火焰中部分產(chǎn)物的軸向(z軸)空間分布圖，通過(guò)實(shí)例I，利用本發(fā)明提出的裝置，可以沿反應(yīng)器軸向?qū)Χ趸?CO2)、一氧化碳(CO)、氧氣(02)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)和乙烯(C2H4)等產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)，全面獲得產(chǎn)物沿反應(yīng)器軸向的定性和定量信息。
[0064]實(shí)例2
[0065]實(shí)例2所使用的實(shí)驗(yàn)原料及平面火焰攜帶流反應(yīng)器系統(tǒng)10所通入的氣體等條件與實(shí)例I相同。
[0066]在線取樣系統(tǒng)20中的錐形探針21通過(guò)二維移動(dòng)平臺(tái)23沿著神木煤火焰的徑向方向進(jìn)行取樣，在進(jìn)行徑向取樣之前，需要確定并固定錐形探針21在神木煤粉火焰中距離反應(yīng)器的位置。
[0067]在線檢測(cè)系統(tǒng)30所使用的定量環(huán)32、真空栗33、分析儀器34、載氣36與實(shí)例I相同。
[0068]圖3為在實(shí)例2中得到的神木煤燃燒火焰中部分產(chǎn)物的徑向(r軸，距反應(yīng)器表面z= 1mm處)空間分布圖，通過(guò)實(shí)例2，利用本發(fā)明提出的裝置，可以沿反應(yīng)器徑向?qū)Χ趸?CO2)、一氧化碳(CO)、氧氣(O2)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)和乙烯(C2H4)等產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)，全面獲得產(chǎn)物沿反應(yīng)器徑向的定性和定量信息。
[0069]需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書(shū)正文中，未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。此外，上述對(duì)各元件和步驟的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀和步驟，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換，例如:
[0070](I)二維移動(dòng)平臺(tái)還可用采用其他結(jié)構(gòu)；
[0071](2)本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但這些參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)值；
[0072](3)實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍；
[0073](4)上述實(shí)施例可基于設(shè)計(jì)及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實(shí)施例混合搭配使用，即不同實(shí)施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實(shí)施例。
[0074]綜上所述，本發(fā)明的在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置，利用二維移動(dòng)平臺(tái)，可以對(duì)固體燃料火焰任意不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行取樣并進(jìn)行檢測(cè)，方便靈活地獲得了更加豐富和精確的固體燃料燃燒產(chǎn)物的空間分布信息，有助于了解固體燃料的燃燒化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及優(yōu)化燃燒產(chǎn)物;通過(guò)驅(qū)動(dòng)器和控制器可以更加精確地控制錐形探針位于固體燃料火焰的軸向和徑向位置，進(jìn)一步提高了取樣和檢測(cè)的精度和便利性;利用六通閥和分析儀器等設(shè)備，可以方便快速地對(duì)多種無(wú)機(jī)物，包括輕烴、多環(huán)芳烴在內(nèi)的多種有機(jī)物進(jìn)行在線、實(shí)時(shí)檢測(cè)，得到定性和定量分析結(jié)果。
[0075]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種在線檢測(cè)不同空間位置處固體燃料燃燒產(chǎn)物的裝置，其特征在于，用于檢測(cè)反應(yīng)器中的固體燃料燃燒產(chǎn)物，包括:在線取樣系統(tǒng)(20)和在線檢測(cè)系統(tǒng)(30);其中， 所述在線取樣系統(tǒng)(20)包括錐形探針(21)，所述錐形探針的尖端探入反應(yīng)器的固體燃料火焰，通過(guò)調(diào)節(jié)錐形探針的尖端相對(duì)于固體燃料火焰的位置，對(duì)固體燃料火焰不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行取樣； 所述在線檢測(cè)系統(tǒng)(30)連接所述在線取樣系統(tǒng)(20)，并接收在線取樣系統(tǒng)采集的燃燒產(chǎn)物并對(duì)燃燒產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)。2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述在線取樣系統(tǒng)(20)還包括:轉(zhuǎn)接頭(22)、二維移動(dòng)平臺(tái)(23)和附屬管路(25); 所述錐形探針的另一端通過(guò)所述轉(zhuǎn)接頭(22)連接所述附屬管路(25)，所述轉(zhuǎn)接頭(22)安裝于所述二維移動(dòng)平臺(tái)(23)上，所述二維移動(dòng)平臺(tái)(23)帶動(dòng)所述錐形探針(21)移動(dòng)，使得所述錐形探針的尖端相對(duì)于固體燃料火焰的位置被調(diào)節(jié)。3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述二維移動(dòng)平臺(tái)(23)包括:X軸滑軌、Y軸滑軌，所述X軸滑軌與固體燃料火焰軸向平行，所述Y軸滑軌與固體燃料火焰徑向平行，使得錐形探針的尖端相對(duì)于固體燃料火焰的位置連續(xù)被調(diào)節(jié)，固體燃料火焰任意不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物被取樣。4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述二維移動(dòng)平臺(tái)(23)還包括:驅(qū)動(dòng)器以及控制器，所述控制器控制所述驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)作，所述驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)所述轉(zhuǎn)接頭(22)和錐形探針(21)沿X軸滑軌和Y軸滑軌移動(dòng)，使得所述錐形探針的尖端相對(duì)于固體燃料火焰的位置連續(xù)被調(diào)節(jié)，固體燃料火焰任意不同軸向和徑向位置處的燃燒產(chǎn)物被取樣。5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器為電機(jī)，所述控制器為計(jì)算機(jī)或單片機(jī)。6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述錐形探針(21)為石英材料，所述錐形探針的尖端孔徑范圍為0.1 -2.0mm。7.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述附屬管路(25)為不銹鋼或聚四氟乙烯材料。8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述在線檢測(cè)系統(tǒng)(30)包括:取樣管路(31)、定量環(huán)(32)、真空栗(33)、分析儀器(34)、六通閥(35)及載氣(36)，其中，所述六通閥(35)上沿逆時(shí)針?lè)较蛟O(shè)有六個(gè)接口，所述取樣管路(31)—端連接六通閥的第一接口(I)，另一端連接在線取樣系統(tǒng)的附屬管路(25 )，所述定量環(huán)(32)連接六通閥的第三接口( 3)和第六接口(6)，所述真空栗(33)連接六通閥的第二接口(2)，所述分析儀器(34)連接六通閥的第四接口( 4)，所述載氣(36)通入六通閥的第五接口( 5)。9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述取樣管路(31)采用不銹鋼管路，并具有加熱裝置，所述加熱裝置對(duì)取樣管路(31)進(jìn)行加熱，防止待測(cè)樣品(24)冷凝。10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述分析儀器(34)為氣相色譜分析儀、質(zhì)譜分析儀、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析儀或傅里葉紅外光譜分析儀。
【文檔編號(hào)】G01N30/02GK106093282SQ201610445663
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】田振玉, 翁俊桀
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所