CN108279282B - 一种穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台，包括：一个侧边焊接有若干辅助测量臂的圆柱型反应容器；包含风机、风管、渐扩管的可控通风装置；一个可移动可调压的电加热器；正上方设有一台垂直拍摄的摄像机。该测试平台整体放置于一个绝缘隔热模块之上，绝缘隔热模块下方放置电子天平，测试平台整体上方设置集烟罩。在通风条件下，对粒状活性炭堆垛的引燃与燃烧性能进行测试，获得可燃粒状活性炭堆垛在不同火灾环境下的燃烧性能模型及参数，为活性炭的燃烧性能测试和危险性分级提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及粒状可燃材料堆垛火灾安全测试平台的技术领域，尤其涉及一种穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台。
背景技术
碘吸附器被广泛应用于去除核电站的工艺废气和排风系统中放射性碘污染物，是保证相关职业人员健康及周围环境安全的核心设备。碘吸附器内装填的吸附介质为以少量三乙烯二胺和碘化钾为浸渍剂的浸渍活性炭，在碘吸附器运行的通风及高湿环境下对放射性碘具有较强吸附能力。碘吸附器主要应用于反应堆、核燃料厂房、辅助厂房、办公与服务区等场合的通风系统，所用的浸渍活性炭更是数以吨计，是核电站内主要火灾荷载之一，一旦发生燃烧并不断蔓延，不仅释放大量的热和可燃气体危及各重要区域的安全，还将使碘吸附器丧失通风过滤的作用。如何定量分析与确定浸渍活性炭在实际火灾场景中的燃烧性能，不但对于核电碘吸附器的火灾探测、防火方法和火灾控制系统的设置，而且对于新型浸渍活性炭的研发和燃烧性能的比较定级具有重要意义。目前，针对活性炭的燃烧性能测试装置主要是针对活性炭的着火点的测量（如：国标GB/T 7702.9-2008、中国专利201220163140.7和中国专利201610903904.4），并不能得到活性炭的燃烧过程中的温度场、组分场、火焰前锋及火蔓延路径特点等燃烧性能的信息。因此，在模拟实际火灾场景下的浸渍活性炭的燃烧过程，针对其温度场、组分场进行实时测量，对分析和建立浸渍活性炭火蔓延模型具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台。该装置模拟了穿透可燃粒状堆垛的气流条件，并通过在实验反应容器侧边焊接了一定长度的辅助测量臂，从而保证了热电偶布置位置固定准确，不仅保证了温度测量的准确性，还消除热电偶的插入对质量测量的影响。此外，装置正上方布置摄像机对材料表面进行垂直拍摄，进而可以直观观测、定位粒状活性炭堆垛水平火蔓延前锋的位置变化情况、温度分布场、质量损失情况及其他燃烧特性。
本发明的技术方案为：一种穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台，包括：
一个侧边焊接有若干辅助测量臂的圆柱型反应容器，用于盛放粒状活性炭，同时可以用于固定热电偶并保证其测量位置准确，并消除热电偶对实验实时质量的测量的影响，是实验发生的主要装置；
包含风机、风管、渐扩管、耐高温气流稳定器的可控通风装置，通过具有支撑连接作用的圆柱型外壳体向与其连接的圆柱型反应容器内部通入具有一定风速的、均匀的气流，所述可控通风装置通过圆柱型炉体支架连接而成；
一个可移动可调压的电加热器，以一定的功率将圆柱型反应容器内某一指定部位的粒状活性炭加热，并可控制加热时长，固定于圆柱型反应容器侧壁；
正上方设有的一台垂直拍摄的摄像机，用于拍摄圆柱型反应容器内的粒状活性炭表面的水平火蔓延情况，对其火蔓延情况进行实时监测，所述摄像机由独立支架进行固定与圆柱型反应容器正上方并保持一定安全距离，避免摄像机镜头受热损坏，独立支架应避免与待测量装置接触，影响实验实时质量的测量；
该测试平台整体放置于一个绝缘隔热模块之上，绝缘隔热模块下方放置电子天平，测试平台整体上方设置集烟罩。
其中，所述圆柱型反应容器与辅助测量臂和勾状热电偶线固定架焊接，且圆柱型反应容器和辅助测量臂对应位置均设有对应的热电偶孔洞。
其中，所述可移动可调压的电加热器与穿透气流速度耦合，可实现多种气流速度条件下的引燃以及顺流燃烧、逆流燃烧测试条件。
其中，所述通风系统设有一个调节风量的控制器和使气流稳定的耐高温气流稳定器。
其中，所述摄像机设置于圆柱型反应容器的正上方的安全距离处垂直对准待测材料表面。
本发明的穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台，包括一个圆柱型反应容器1，所述圆柱型反应容器1底部为一块充满均匀分布微小孔洞的冲孔网板21以保证通风条件，侧壁按照一定测量要求设置热电偶测量孔，侧壁测量孔对应位置焊接若干个具有一定长度辅助测量臂2，辅助测量臂2对应位置设置热电偶测量孔，若干轴向辅助测量臂2底部焊接有勾状热电偶线固定架3，圆柱型反应容器1相邻底部依次为一个起连接支撑作用的圆柱型外壳体6，一个孔径均匀分布的耐高温气流稳定器9，一个由圆柱型炉体支架7与渐扩管8连接，渐扩管8通过风管10与一台可调节风机11连接形成通风条件，圆柱型反应容器1侧边布置有一个可调节夹持器4，可调节夹持器4用于固定电加热器5，电加热器5通过导线18与电压调节器16连接获得电能，待测粒状活性炭堆垛均匀装填于圆柱型反应容器1内，圆柱型反应容器1正上方为第一摄像机12对材料表面的水平火蔓延进行观测，其侧上方为第二摄像机13对实验整体过程进行观测，该装置主体与风机放置于一块隔热绝缘模块14之上，隔热绝缘模块下方放置一个电子天平15，所述装置的上方设置有集烟罩22和排烟管道23。
所述圆柱型反应容器1内部均匀装填粉末状或颗粒状待测材料，热电偶通过辅助测量臂2孔洞及对应侧壁孔洞插入圆柱型反应容器1内部进行温度测量，热电偶线固定在勾状热电偶线固定架3上，从而防止热电偶因为热电偶线的移动而发生偏移以保证热电偶布置位置的准确性，热电偶测量得数据通过温度采集模块17实时传输到电脑。
所述的布置于圆柱型反应容器1正上方的第一摄像机12，能够实时高清拍摄粒状待测材料水平方向的火蔓延前锋的位置变化情况，便于之后进行图像处理得出材料水平方向的火蔓延规律。
本发明的原理在于：由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台，模拟了实际火灾场景下的活性炭的运行条件，即穿透气流条件下粒状活性炭材料的受热、引燃与燃烧过程，并对其火蔓延过程及温度场进行详细的分析，从而获得各类活性炭在通风条件下的燃烧性能。为活性炭热解及火蔓延模型的建立、各类活性炭的危险性比较分级及实际应用中活性炭火灾的预防、探测和扑救等工作提供了科学的测试方法和依据。
与现有技术比较，本发明具有如下优势：
（1）引入穿透粒状堆垛气流条件，并通过调节风机功率，使穿透气流速度可调，能模拟不同穿透气流条件下的粒状活性炭堆垛的引燃与燃烧过程，进而进行关键参数的测试。
（2）采用辅助测量臂和勾状热电偶线固定架，防止热电偶因为热电偶线的移动而发生偏移，不仅保证了粒状活性炭堆垛燃烧温度场测量的准确性和科学性，同时将热电偶与实验装置固定成一体，消除热电偶插入对质量测量的影响，因而获得了可靠的燃烧的质量损失情况，为粒状活性炭堆垛的引燃及火蔓延模型的建立提供了重要的数据。
（3）采用可调压电加热器和可调节夹持器，既可改变引燃功率，也可以改变引燃位置以获得不同的引燃条件，耦合穿透气流条件，从而模拟顺流、逆流条件下的粒状活性炭堆垛的燃烧情况，对活性炭的燃烧性能进行全面综合的测试。
（4）对粒状活性炭堆垛在不同穿透气流条件下的表面进行垂直拍摄，既可通过图像处理技术获得材料的水平火蔓延模型，也可以通过多角度摄像视频对材料的燃烧过程进行实时诊断。
附图说明
图1给出了穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台的整体结构示意图；
图2给出了整个装置主体部分的剖面图；
图3为圆柱状反应容器的俯视图；
其中：1为圆柱型反应容器，2为辅助测量臂，3为勾状热电偶线固定架，4为可调节夹持器，5为电加热器，6为圆柱型外壳体，7为圆柱型炉体支架，8为渐扩管，9为耐高温气流稳定器，10为风管，11为可调节风机，12为第一摄像机，13为第二摄像机，14为隔热绝缘模块，15为电子天平，16为电压调节器，17为温度采集模块，18为导线，19为热电偶数据线，20为托底圈，21为冲孔网板，22为集烟罩，23为排烟管道。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
图1给出了一种穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台的整体结构示意图，图2给出了整个装置主体部分的剖面图，图3为圆柱状反应容器的俯视图。
如图1、2、3所示，圆柱型反应容器1直径20厘米、高度6厘米，底部为一块布满1毫米圆孔的冲孔网板21，底部外圈焊有一个外径为22.4厘米的环状托底圈20。圆柱型反应容器1的侧壁按照一定的测量需求设置了6列直径为1毫米的热电偶孔洞。热电偶孔洞以底面5毫米处为起点，各孔洞之间高差距离也为5毫米。布置热电偶孔洞处对应位置均焊接了长度为10厘米的测量臂2。所有热电偶通过热电偶数据线19与温度采集器17连接。其中，轴线上的测量臂底部焊接有15厘米长的勾状热电偶线固定架，用于收集固定测量的热电偶，避免热电偶移动影响对材料实时质量的测量。圆柱型反应容器1安置在直径23厘米、高度13厘米的圆柱型外壳体6正上方，圆柱型外壳体6对应测量臂位置开有相应的凹槽。距圆柱型外壳体6底部10厘米处焊接有一个内径为20厘米的圆环，与圆柱型反应容器1的环状托底圈20通过螺丝固定，中间夹有耐高温垫片防止装置漏风。直径22厘米、高9厘米，内部均匀打满直径为1厘米的孔洞的耐高温气流稳定器9，嵌套在圆柱型外壳体6和圆柱型炉体支架7之间。圆柱型炉体支架7由一个直径24厘米、高度10厘米的圆环和若干支撑脚组成，圆环底部焊有内径20厘米的环状托底圈。耐高温气流稳定器9和圆柱型炉体支架7用玻璃胶黏合连接，防止装置漏风。高50厘米、小口直径5厘米、大口20厘米的渐扩管8焊接在圆柱型炉体支架7的环状托底圈处。直径5厘米、长度1米的风管10两端分别连接渐扩管8和可调节风机11，均通过内径为5厘米的快装接头连接。由电热丝缠绕与耐高温陶瓷管制作而成的电加热器5固定在一个可上下调节高度的可调节夹持器4固定，并通过电导线18与电压调节器16连接。装置整体放置在隔热绝缘模块14上。第一摄像机12垂直布置在圆柱型反应容器1中心的正上方对其进行拍摄，通过图像处理可获得随时间变化的水平火焰前锋的位置。第二摄像机13布置于圆柱型反应容器1的侧上方，对于材料燃烧的整体变化情况进行录制。整个装置置于集烟罩22正下方，实验完毕及时通过排烟管道23排烟。
本实施例中实验装置主体均采用厚度为2毫米的不锈钢制成，而耐高温气流稳定器为铝块制成。
进行实验时，首先，称量一定质量的浸渍活性炭备用，其次，将热电偶安装固定在圆柱型反应容器1的对应位置上，之后，将浸渍活性炭均匀装填圆柱型反应容器1中，动作尽量轻，避免对热电偶的位置产生影响，并将可调节风机11打开到指定风量，随后，依次开启第一摄像机12、第二摄像机13开始视频记录，开启电子天平15和温度采集模块17的记录程序开始质量和温度测量，调节电压调节器16控制电加热器5的功率，将电加热器5插入指定引燃位置引燃活性炭，一段时间（一般为1分钟）后，将电加热器5移开。实验结束后，关闭各摄像机、风机、电子天平和温度采集模块的记录程序。根据摄像机12记录的内容进行图像处理，建立浸渍活性炭横向火蔓延模型。耦合质量损失数据和温度采集数据，得到建立通风条件下浸渍活性炭的二维火蔓延模型及对应的热解特性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台，其特征在于，包括：
一个侧边焊接有若干辅助测量臂的圆柱型反应容器，用于盛放粒状活性炭，是实验发生的主要容器，圆柱型反应容器侧壁和辅助测量臂按照一定测量要求设置有若干热对应的电偶测量孔，用于固定热电偶并保证其测量位置准确，辅助测量臂与勾状热电偶线固定架连接，通过将热电偶线固定于热电偶线固定架上以达到消除热电偶对实验实时质量的测量的影响；
包含风机、风管、渐扩管、耐高温气流稳定器的可控通风装置，通过具有支撑连接作用的圆柱型外壳体向与其连接的圆柱型反应容器内部通入具有一定风速的、均匀的气流，所述可控通风装置通过圆柱型炉体支架连接而成；
一个可移动可调压的电加热器，以一定的功率将圆柱型反应容器内某一指定部位的粒状活性炭加热，并可控制加热时长，固定于圆柱型反应容器侧壁；
正上方设有的一台垂直拍摄的摄像机，用于拍摄圆柱型反应容器内的颗粒状活性炭表面的水平火蔓延情况，对其火蔓延情况进行实时监测，所述摄像机由独立支架进行固定与圆柱型反应容器正上方并保持一定安全距离，避免摄像机镜头受热损坏，独立支架应避免与待测量装置接触，影响实验实时质量的测量；
该测试平台整体放置于一个绝缘隔热模块之上，绝缘隔热模块下方放置电子天平，测试平台整体上方设置集烟罩。
2.根据权利要求1所述的穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台，其特征在于，所述圆柱型反应容器与辅助测量臂和勾状热电偶线固定架焊接，且圆柱型反应容器和辅助测量臂对应位置均设有对应的热电偶孔洞。
3.根据权利要求1所述的穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台，其特征在于，所述可移动可调压的电加热器与穿透气流速度耦合，可实现多种气流速度条件下的引燃以及顺流燃烧、逆流燃烧测试条件。
4.根据权利要求1所述的穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台，其特征在于，所述可控通风装置设有一个调节风量的控制器和使气流稳定的耐高温气流稳定器。
5.根据权利要求1所述的穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台，其特征在于，所述摄像机设置于圆柱型反应容器的正上方的安全距离处垂直对准待测材料表面。
6.一种穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台，其特征在于，包括一个圆柱型反应容器（1），所述圆柱型反应容器（1）底部为一块充满均匀分布微小孔洞的冲孔网板（21）以保证通风条件，侧壁按照一定测量要求设置热电偶测量孔，侧壁测量孔对应位置焊接若干个具有一定长度辅助测量臂（2），辅助测量臂（2）对应位置设置热电偶测量孔，若干轴向辅助测量臂（2）底部焊接有勾状热电偶线固定架（3），圆柱型反应容器（1）相邻底部依次为一个起连接支撑作用的圆柱型外壳体（6），一个孔径均匀分布的耐高温气流稳定器（9），一个由圆柱型炉体支架（7）与渐扩管（8）连接，渐扩管（8）通过风管（10）与一台可调节风机（11）连接形成通风条件，圆柱型反应容器（1）侧边布置有一个可调节夹持器（4），可调节夹持器（4）用于固定电加热器（5），电加热器（5）通过导线（18）与电压调节器（16）连接获得电能，待测粒状活性炭堆垛均匀装填于圆柱型反应容器（1）内，圆柱型反应容器（1）正上方为第一摄像机（12）对材料表面的水平火蔓延进行观测，其侧上方为第二摄像机（13）对实验整体过程进行观测，该测试平台主体与风机放置于一块隔热绝缘模块（14）之上，隔热绝缘模块下方放置一个电子天平（15），所述测试平台的上方设置有集烟罩（22）和排烟管道（23）。
7.根据权利要求6所述的穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台，其特征在于，所述圆柱型反应容器（1）内部均匀装填粉末状或颗粒状待测材料，热电偶通过辅助测量臂（2）孔洞及对应侧壁孔洞插入容器内部进行温度测量，热电偶线固定在勾状热电偶线固定架（3）上，从而防止热电偶因为热电偶线的移动而发生偏移以保证热电偶布置位置的准确性，热电偶测量得数据通过温度采集模块（17）实时传输到电脑。
8.根据权利要求6所述的穿透气流可调的粒状活性炭堆垛燃烧性能测试平台，其特征在于，所述的布置于圆柱型反应容器（1）正上方的第一摄像机（12），能够实时高清拍摄粉粒状待测活性炭材料水平方向的火蔓延前锋的位置变化情况，便于之后进行图像处理得出材料水平方向的火蔓延规律。
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| 基于桶式环形加热的阻燃电缆细观竖直燃烧特性研究实验平台的设计;龚泰;黄鑫炎;谢启源;;火灾科学(第04期);全文 * |
Also Published As
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|---|---|
| CN108279282A (zh) | 2018-07-13 |
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