CN101762341B - 一种固体燃料着火温度的测量方法 - Google Patents

一种固体燃料着火温度的测量方法 Download PDF

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Abstract

一种固体燃料着火温度的测量方法，该方法使用示差热天平，将试样放置在托盘上，热电偶放置在试样表面上方2～5mm以内，通入给定氧气浓度的反应气体，得到温升曲线，观察曲线是否出现鼓包；如果出现鼓包，将鼓包起点定义着火时刻，将该时刻对应的温度定义为该氧气浓度下的着火温度；如果在给定浓度条件下没有鼓包出现，则逐步加大氧气浓度，测得一组具有温度鼓包的温升曲线，得到一组不同氧气浓度下的着火温度，然后拟合得到氧气浓度和着火温度的关系式，使用该关系式计算得出给定浓度条件下的着火温度。本方法比传统方法更有明确的物理意义以及测量的准确性，特别适合高氧气浓度条件下煤粉着火测量，对富氧和氧燃料燃烧技术的发展有重要意义。

Description

一种固体燃料着火温度的测量方法
技术领域
本发明涉及一种固体燃料着火温度的测量方法，属于燃烧科学与技术领域。
背景技术
为了设计锅炉等燃烧设备，以及安全运输和存储煤粉等燃料，常常需要获得较为准确的着火温度。示差热天平(TGA)是最常用的燃料着火温度的测量设备，它可以测定燃料的失重曲线(TG)和失重率变化曲线(DTG)，如图1所示。传统上，样品的着火温度基本上都是从这两条曲线上分析得出。有研究者认为DTG曲线上的峰值点，即失重率最大点发生着火时刻；有研究者则认为着火发生在失重率最大点之前，在数学上进行修正，如在DTG曲线的峰值点作垂线与TG曲线交于一点，然后过该交点作TG曲线的切线，同时在TG曲线失重开始时的位置作一条水平线，该切线与水平线的交点所对应的温度定义为着火温度。总的来说，这类根据TG和DTG曲线求取着火温度的方法简单易行，数据重复性好，常被工业界和实验研究采纳。
然而，上述基于失重曲线和失重率变化曲线方法存在一个重大的疑问，即所求得的着火温度和真正的着火温度可能存在较大的误差，最根本的原因是着火时刻的物理意义不够明确。着火温度应该是气体着火或者固体着火发生时对应的颗粒温度。研究表明，在TGA的加热速率条件下，含挥发分的煤粉等燃料的着火基本属于均相着火，即燃料中含有的挥发分在加热时释放，并在氧气到达固体表面时发生气体着火，而这一时刻与DTG曲线上的最大失重速率的相关性并不十分确定，一般情况下，反应介质采用空气。近几年，富氧燃烧和以氧气为燃烧介质的氧燃料燃烧技术发展迅速，而当反应介质的氧气浓度较高时，均相着火的现象更为明显，并可能较为严重地影响固体的燃烧和其失重曲线，热电偶读数与颗粒的表面温度有较大的差别。另一方面，在多数TGA设备中，为了防止气体表面火焰的干扰，热电偶与样品颗粒的表面常常大于5mm的距离，这样的布置使得测定气体火焰发生的准确时刻较为困难。
发明内容
本发明的目的是提出一种使用示差热天平测量固体燃料着火温度的新方法，作为对传统的着火温度测量方法的改进和补充。
本发明的技术方案如下：
一种固体燃料着火温度的测量方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：
1)使用示差热天平，将固体燃料试样放置在托盘上，将热电偶的测温点放置在燃料试样表面上方2～5mm以内；
2)通入给定氧气浓度的反应气体，开始加热试验，得到温升曲线，观察曲线是否出现突变鼓包来判断是否出现火焰；如果温升曲线出现突变鼓包，将突变鼓包起点所对应的时间定义为着火时刻，将该时刻对应的温度定义为给定氧气浓度下的着火温度；如果在给定浓度条件下没有鼓包出现，则逐步增加反应气体中的氧气浓度，测得一组具有温度鼓包的温升曲线，得到一组不同氧气浓度下的着火温度；
3)然后采用拟合方法得到氧气浓度和着火温度的关系式，使用该关系式计算得出给定浓度条件下的着火温度。
本发明所述的固体燃料为煤、石油焦或木柴。
本发明提供的方法，比基于失重曲线和失重率曲线的传统方法更有明确的物理意义以及测量的准确性，特别适合高氧气浓度条件下煤粉着火测量，对富氧和氧燃料燃烧技术的发展有重要意义。
附图说明
图1为TGA上测得的典型的TG和DTG曲线。
图2为TGA的反应器的简易示意图。
其中：1-炉壁；2-加热托盘；3-试样；4-热电偶；5-气流。
图3为典型的高氧气浓度条件下TGA的温升曲线和着火点的定义。
图4为测得的一组不同氧气浓度下的TGA温升曲线。
图5为利用外推法得到的低氧气浓度条件下的着火温度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、工作过程和实施作进一步的说明。
如图2所示，使用示差热天平，将一定重量的试样3放置在加热托盘2上，热电偶4的测温点放置在距离试样3表面上方2～5mm的地方，使之能探测到着火时出现的微弱火焰。然后开始进行加热试验，在实验中得到示差热天平的温升曲线。观察该温升曲线是否出现突变鼓包以判断是否有火焰，如果有突变鼓包，则将突变鼓包的起始时刻定义为着火时刻，该时刻所对应的温度定义为样品的着火温度。典型的具有温度鼓包的温升曲线如图3所示。
本发明的工作过程如下：
如图2所示，使用示差热天平，首先将一定重量的固体燃料试样3放置示差热天平的加热托盘2上，然后通入给定氧气浓度(已知的氧气浓度)的反应气体；将热电偶4的测温点放置在距离试样3表面上方2～5mm的地方，使之能探测到着火时出现的微弱火焰。实验得到温升曲线，观察曲线是否出现突变鼓包来判断是否出现火焰，典型的具有温度鼓包的温升曲线如图3所示。如果温升曲线出现突变鼓包，将鼓包起点定义为着火时刻，将该时刻对应的温度定义为该氧气浓度下的着火温度。如果在给定浓度条件下没有突变鼓包出现，则逐步加大反应气体中的氧气浓度，测得一组具有温度突变鼓包的温升曲线(如图4所示)，从而得到一组不同氧气浓度下的着火温度，然后采用拟合方法(最小二乘法拟合或其它方法)得到氧气浓度和着火温度的关系式，使用该关系式计算得出给定浓度条件下的着火温度，如图5所示。
通过不同氧气浓度的着火温度测量，得出着火温度与氧气浓度的关系式，根据关系式也可以采用外推法测得空气条件下的着火温度。

Claims (2)

1.一种给定氧气浓度下固体燃料着火温度的测量方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：
1)使用示差热天平，将固体燃料试样放置在加热托盘上，将热电偶的测温点放置在燃料试样表面上方2～5mm以内；
2)通入给定氧气浓度的反应气体，开始加热试验，得到温升曲线，观察曲线是否出现突变鼓包来判断是否出现火焰；如果温升曲线出现突变鼓包，将突变鼓包起点所对应的时间定义为着火时刻，将该时刻对应的温度定义为给定氧气浓度下的着火温度；如果在给定浓度条件下没有鼓包出现，则逐步增加反应气体中的氧气浓度，测得一组具有温度鼓包的温升曲线，进而得到一组不同氧气浓度下的着火温度；
3)然后采用拟合方法得到氧气浓度和着火温度的关系式，使用该关系式计算得出给定浓度条件下的着火温度。
2.按照权利要求1所述的一种给定氧气浓度下固体燃料着火温度的测量方法，其特征在于：所述的固体燃料为煤、石油焦或木柴。
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