CN106770451A - 一种基于耗氧原理的气体燃烧效率测试装置与测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于耗氧原理的气体燃烧效率测试装置与方法，所述气体燃烧效率测试装置包括：流速控制器、金属燃烧器、气体收集装置、烟道、氧气分析仪、风机和孔板。其中：可燃气体通过流速控制器进入金属燃烧器，并在金属燃烧器内燃烧，气体收集装置收集金属燃烧器中可燃气体燃烧所产生的烟气并排入与其连通的烟道中，烟道内设有氧气分析仪、风机和孔板。本发明操作简单，通过对烟气分析，精准确定可燃气体的热释放速率，进而求得可燃气体燃烧效率。

Description

一种基于耗氧原理的气体燃烧效率测试装置与测试方法

技术领域

本发明涉及一种基于耗氧原理的气体燃烧效率测试装置与方法。

背景技术

燃烧效率是指燃料燃烧后实际放出的热量占其完全燃烧后放出的热量的比值，它是考察燃料燃烧充分程度的重要指标。燃烧效率主要取决于燃烧装置和燃料自身的特性，也与环境等因素有关。利用氧气分析仪对可燃气体燃烧所产生的烟气进行采集分析，得到可燃气体的热释放速率，热释放速率对时间进行积分得到可燃气体实际放出的热量；根据流速控制器得到可燃气体流速，结合可燃气体标准燃烧热求得可燃气体完全燃烧放出的热量；可燃气体实际放出的热量和可燃气体完全燃烧后放出的热量的比值即为可燃气体的燃烧效率。

发明内容

现有方法基于升温方法测算可燃气体燃烧所释放热量，测试精度不够。本发明提出一种基于耗氧原理的气体燃烧效率测试装置，通过对烟气分析，精准确定可燃气体的释热量，进而求得可燃气体燃烧效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于耗氧原理的气体燃烧效率测试装置，包括：流速控制器、金属燃烧器、气体收集装置、烟道、氧气分析仪、风机和孔板。其中：可燃气体通过流速控制器进入金属燃烧器，并在金属燃烧器内燃烧，气体收集装置收集金属燃烧器中可燃气体燃烧所产生的烟气并排入与其连通的烟道中，烟道内设有氧气分析仪、风机和孔板。

所述流速控制器用于控制进入所述金属燃烧器中的可燃气体的流量；

所述金属燃烧器用于维持可燃气体在其内燃烧；

所述气体收集装置用于收集金属燃烧器中可燃气体燃烧所产生的烟气并排入烟道；

所述氧气分析仪用于采集烟道内烟气并对其进行分析，获得气体燃烧的热释放速率；

所述风机用于排放烟道内烟气

所述孔板用于测量烟道内烟气流量。

一种基于耗氧原理的气体燃烧效率测试方法，其特征在于，步骤如下：

可燃气体经流速控制器送入金属燃烧器中点燃，气体收集装置收集金属燃烧器中可燃气体燃烧所产生的烟气并排入烟道，由烟道内设置的氧气分析仪对烟道内烟气进行采集分析，结合烟道内设置的孔板两侧的压差，得出可燃气体的热释放速率，热释放速率对时间进行积分求得可燃气体实际放出的热量，结合可燃气体流速及可燃气体标准燃烧热求得可燃气体完全燃烧放出的热量，可燃气体实际放出的热量与可燃气体完全燃烧放出的热量两者相比得到可燃气体燃烧效率。

可燃气体热释放速率由以下公式确定：

式中，是可燃气体热释放速率，kW；C是标定常数，m^1/2g^1/2K^1/2；ΔP是孔板两侧的压差，Pa；T_e是气体的绝对温度，K；是氧气分析仪初始读数，是氧气分析仪读数。

可燃气体实际放出的热量由以下公式确定：

可燃气体完全燃烧放出的热量由以下公式确定：

Q_g＝μ_gΔtΔH_c

式中，Q_g是可燃气体完全燃烧放出的热量,kJ；μ_g是可燃气体流速,kg/s；ΔH_c是可燃气体标准燃烧热,kJ/kg；Δt是可燃气体燃烧时间，s。

可燃气体燃烧效率由以下公式确定：

式中，是可燃气体热释放速率,kW；Q是可燃气体实际放出的热量,kJ；Q_g是可燃气体完全燃烧放出的热量,kJ；μ_g是可燃气体流速,kg/s；ΔH_c是可燃气体标准燃烧热,kJ/kg；Δt是可燃气体燃烧时间，s；χ是可燃气体燃烧效率。

本发明具有以下优点：

1.操作简单，只需要测量烟气中氧气含量一个参数即可得到某一工况下的燃烧效率值。

2.测试装置简单，实验精度高，反应灵敏、迅速。

3.非接触测量，只需利用氧气分析仪测量烟道内烟气，不干扰火焰流场和燃烧反应。

附图说明

图1为基于耗氧原理的气体燃烧效率测试装置结构示意图；

图中，流速控制器1，金属燃烧器2，气体收集装置3，烟道4，氧气分析仪5，风机6，孔板7。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作近一步的说明，但并不局限与此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围的，均应涵盖在本发明的保护范围内。

如图1所示，本发明的基于氧耗原理的气体燃烧效率测试装置包括：流速控制器1、金属燃烧器2、气体收集装置3、烟道4、氧气分析仪5、风机6和孔板7。可燃气体通过流速控制器1进入金属燃烧器2，并在金属燃烧器2内燃烧，气体收集装置3收集金属燃烧器2中可燃气体燃烧所产生的烟气并排烟道4中，烟道4内设有氧气分析仪5、风机6和孔板7。

流速控制器1控制进入金属燃烧器2中的可燃气体的流速，金属燃烧器2用于维持可燃气体燃烧，气体收集装置3用于收集金属燃烧器2中可燃气体燃烧所产生的烟气并排入烟道4内，氧气分析仪5用于采集烟道4内烟气并对其进行分析，风机6用于排放烟道4内烟气，孔板7用于测量烟道4内烟气流量。可燃气体通过流速控制器1进入金属燃烧器2，并在金属燃烧器2内燃烧，气体收集装置3收集金属燃烧器2中可燃气体燃烧所产生的烟气并排烟道4中，氧气分析仪5对烟道4内烟气进行采集分析，结合烟道4内设置的孔板7两侧的压差得出可燃气体的热释放速率，热释放速率对时间进行积分求得可燃气体实际放出的热量，结合可燃气体流速及可燃气体标准燃烧热求得可燃气体完全燃烧放出的热量，两者相比即可得到可燃气体燃烧效率。

对大多数气体、液体和固体，每消耗单位质量的氧气，其释放出的能量几乎为常数，即每消耗1kg的氧气，其释放的热量约为13100kJ。可燃气体热释放速率由以下公式确定：

式中，是可燃气体热释放速率，kW；C是标定常数，m^1/2g^1/2K^1/2；ΔP是孔板两侧的压差，Pa；T_e是气体的绝对温度，K；是氧气分析仪5初始读数，是Δt时氧气分析仪5修正后读数。

可燃气体燃烧效率由以下公式确定：

式中是可燃气体热释放速率,kW；Q是可燃气体实际放出的热量,kJ；Q_g是可燃气体完全燃烧放出的热量,kJ；μ_g是可燃气体流速，kg/s；ΔH_c是可燃气体标准燃烧热,kJ/kg；Δt是可燃气体燃烧时间，s；χ是可燃气体燃烧效率。

Claims (7)

1.一种基于耗氧原理的气体燃烧效率测试装置，其特征在于，包括：流速控制器、金属燃烧器、气体收集装置、烟道、氧气分析仪、风机和孔板；其中：可燃气体通过流速控制器进入金属燃烧器，并在金属燃烧器内燃烧，气体收集装置收集金属燃烧器中可燃气体燃烧所产生的烟气并排入与其连通的烟道中，烟道内设有氧气分析仪、风机和孔板。

2.根据权利要求1所述的一种基于耗氧原理的气体燃烧效率测试装置，其特征在于：

所述流速控制器用于控制进入所述金属燃烧器中的可燃气体的流量；

所述金属燃烧器用于维持可燃气体在其内燃烧；

所述气体收集装置用于收集金属燃烧器中可燃气体燃烧所产生的烟气并排入烟道；

所述氧气分析仪用于采集烟道内烟气并对其进行分析，获得气体燃烧的热释放速率；

所述风机用于排放烟道内烟气；

所述孔板用于测量烟道内烟气流量。

3.一种基于耗氧原理的气体燃烧效率测试方法，其特征在于，步骤如下：可燃气体经流速控制器送入金属燃烧器中点燃，气体收集装置收集金属燃烧器中可燃气体燃烧所产生的烟气并排入烟道，由烟道内设置的氧气分析仪对烟道内烟气进行采集分析，结合烟道内设置的孔板的两侧的压差，得出可燃气体的热释放速率，热释放速率对时间进行积分求得可燃气体实际放出的热量，结合可燃气体流速及可燃气体标准燃烧热求得可燃气体完全燃烧放出的热量，可燃气体实际放出的热量与可燃气体完全燃烧放出的热量两者相比得到可燃气体燃烧效率。

4.根据权利要求3所述基于耗氧原理的气体燃烧效率测试方法，其特征在于，可燃气体热释放速率由以下公式确定：

$\stackrel{\·}{Q}=13100\×1.10\×C\sqrt{\frac{\mathrm{\Δ}P}{T_e}}\left(\frac{X_{O_2}^0-X_{O_2}}{1.105-1.5X_{O_2}}\right)$

式中，是可燃气体热释放速率，kW；C是标定常数，m^1/2g^1/2K^1/2；ΔP是孔板两侧的压差，Pa；T_e是气体的绝对温度，K；是氧气分析仪初始读数，是Δt时氧气分析仪修正后读数。

5.根据权利要求3或4所述基于耗氧原理的气体燃烧效率测试方法，其特征在于，可燃气体实际放出的热量由以下公式确定：

$Q=\∫\stackrel{\·}{Q}dt$

式中，Q是可燃气体实际放出的热量,kJ；是可燃气体热释放速率,kW。

6.根据权利要求3所述基于耗氧原理的气体燃烧效率测试方法，其特征在于，可燃气体完全燃烧放出的热量由以下公式确定：

Q_g＝μ_gΔtΔH_c

式中，Q_g是可燃气体完全燃烧放出的热量,kJ；μ_g是可燃气体流速,kg/s；ΔH_c是可燃气体标准燃烧热,kJ/kg；Δt是可燃气体燃烧时间，s。

7.根据权利要求4所述基于耗氧原理的气体燃烧效率测试方法，其特征在于，可燃气体燃烧效率由以下公式确定：

$\left\{\begin{array}{c}Q=\∫\stackrel{\·}{Q}dt\\ Q_g={\mathrm{\μ}}_g\mathrm{\Δ}t\mathrm{\Δ}{H}_c\\ \mathrm{\χ}=\frac{Q}{Q_g}\×100\%\end{array}\right.$

式中，是可燃气体热释放速率,kW；Q是可燃气体实际放出的热量,kJ；Q_g是可燃气体完全燃烧放出的热量,kJ；μ_g是可燃气体流速,kg/s；ΔH_c是可燃气体标准燃烧热,kJ/kg；Δt是可燃气体燃烧时间，s；χ是可燃气体燃烧效率。