CN113109284A - 低碳化学品燃烧产物光谱测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低碳化学品燃烧产物光谱测试平台，包括试验风洞，该试验风洞内从前往后依次设置有气溶胶发生器、气溶胶粒径谱仪、加湿器、湿度传感器、加热装置、温度传感器、轴流风机、蜂窝器、风速传感器、燃烧装置和红外光谱仪，在试验风洞内靠近加热装置顶部的位置设有制冷装置，试验风洞的尾端与尾气处理装置连通；还包括LNG管路、SO2气体管路、NOx气体管路和炭黑颗粒管路，LNG管路与所述燃烧装置连通，SO2气体管路、NOx气体管路和碳黑颗粒管路相连通后再通过混合管路与燃烧装置连通。本发明通过探测单一LNG和LNG与SO2、NOX、炭黑中的一种或多种混合后在不同大气环境条件下的火焰光谱数据，构建火焰光谱分析数据库，为探测识别火灾类型打下基础。
Description
技术领域
本发明涉及化学品燃烧光谱测试技术领域，具体涉及一种低碳化学品燃烧产物光谱测试平台。
背景技术
低碳化学品发生火灾污染事故的风险高、危害极大。液化天然气(LNG)的主要成分是甲烷(CH4)，它也可能含有一些较重的烃分子,例如乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)和丁烷(C4H10)，还有一些酸性气体，如二氧化碳(CO2)和硫化物(H2S)、氮化物。大型LNG爆炸燃烧会产生大量SO2、NOx、炭黑等特征污染性气体和悬浮颗粒，爆炸产生的火灾热辐射和这些特征性污染气体对人和周边建筑会产生严重的危害。
低碳化学品火灾特征污染物是探测识别该类型火灾的主要依据，并为评估其污染危害提供依据。空天遥感技术为大范围、快速、远距离监测低碳化学品火灾污染提供了可能，是低碳化学品火灾污染应急监测的最佳途径。空天遥感探测低碳化学品火灾特征污染物过程中，远距离探测时目标物与遥感探测器存在大气环境的干扰，低碳化学品燃烧产物的辐射光谱信息会受到大气传输、气象条件等因素的影响。因此，需要探明低碳化学品燃烧火焰光谱与大气环境介质、气象条件的耦合作用机制，而目前还没有一种测试平台能够对LNG爆炸燃烧产生的特征污染物的火焰光谱与大气环境之间的关联进行研究。
因此，基于上述背景条件，本发明提出一种低碳化学品燃烧产物光谱测试平台，模拟无人机探测大型LNG罐爆炸时的真实情况，用来分析测试不同大气环境条件对低碳化学品火焰的每种特征污染物、混合特征污染物辐射光谱的作用波段范围以及多种大气环境条件对每种特征污染物、混合特征污染物辐射光谱的耦合作用规律与特征，为构建火焰光谱分析数据库打下基础。
发明内容
针对目前存在的技术问题，本发明提供一种低碳化学品燃烧产物光谱测试平台，以解决现有技术中的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种低碳化学品燃烧产物光谱测试平台，包括试验风洞，该试验风洞内从前往后依次设置有气溶胶发生器、气溶胶粒径谱仪、加湿器、湿度传感器、加热装置、温度传感器、轴流风机、蜂窝器、风速传感器、燃烧装置和红外光谱仪，在所述试验风洞内靠近所述加热装置顶部的位置设有制冷装置，所述试验风洞的尾端通过尾气管道与尾气处理装置连通；
还包括LNG管路、SO2气体管路、NOx气体管路和炭黑颗粒管路，所述LNG管路与所述燃烧装置连通，所述SO2气体管路、NOx气体管路和碳黑颗粒管路相连通后再通过混合管路与所述燃烧装置连通，在所述LNG管路、SO2气体管路、NOx气体管路和炭黑颗粒管路上均设置有转子流量计、燃气开关和单向止回阀。
优选地，在所述LNG管路、SO2气体管路、NOx气体管路和炭黑颗粒管路上均设置有压力表。
优选地，在所述LNG管路和混合管路上均设有减压阀。
优选地，所述实验风洞包括第一区域和第二区域，该第一区域的纵向截面积大于所述第二区域的纵向截面积，且所述气溶胶发生器、气溶胶粒径谱仪、加湿器、湿度传感器、加热装置、温度传感器和制冷装置位于所述第一区域内，所述轴流风机、蜂窝器、风速传感器、燃烧装置和红外光谱仪位于所述第二区域内。
优选地，所述第一区域和第二区域之间通过锥面过渡连接。
优选地，所述第二区域的尾端呈锥形结构，且该锥形结构的小口端与所述尾气管道连通。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明采用低碳化学品中的LNG作为主要燃料，往火焰中加入特征污染物NOX、SO2和炭黑颗粒，模拟实现大型LNG油罐火灾爆炸中特征污染物的生成，实验时，控制不同种类特征污染物按不同比例混合，通过控制调节试验风洞内的风速、温度、湿度以及气溶胶的粒径等模拟不同大气环境条件的变化，通过红外光谱仪探测单一LNG和LNG与SO2、NOX、炭黑中的一种或多种混合后在各种不同大气环境条件下的火焰光谱数据，定量分析不同大气环境条件对低碳化学品火焰的特征污染物、混合特征污染物辐射光谱的作用波段范围以及多种大气环境条件对特征污染物、混合特征污染物辐射光谱的耦合作用规律与特征，构建火焰光谱分析数据库，为探测识别火灾类型打下基础。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如附图1所示的低碳化学品燃烧产物光谱测试平台，包括试验风洞，该试验风洞内从前往后依次设置有气溶胶发生器1、气溶胶粒径谱仪2、加湿器3、湿度传感器4、加热装置6、温度传感器5、轴流风机9、蜂窝器10、风速传感器11、燃烧装置12和红外光谱仪13，红外光谱仪13采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)，在试验风洞内靠近加热装置6顶部的位置设有制冷装置7，制冷装置7采用现有技术即可，试验风洞的尾端通过尾气管道与尾气处理装置14连通。气溶胶发生器1和气溶胶粒径谱仪2分别与气溶胶控制器21电连接，通过气溶胶控制器21控制试验风洞内气溶胶的浓度和粒径，加湿器3和湿度传感器4分别与湿度控制器31电连接，通过湿度控制器31控制试验风洞内的湿度，加热装置6、温度传感器5和制冷装置7均通过控制面板8与温度控制器81电连接，通过温度控制器81控制试验风洞内的温度，轴流风机9和风速传感器11分别与风速控制器91电连接，通过风速控制器91控制试验风洞内的风速，以此实现试验风洞模拟不同地区、不同季节的大气环境条件。
还包括LNG管路、SO2气体管路、NOx气体管路和炭黑颗粒管路，LNG管路的一端与LNG罐连通，另一端与燃烧装置12连通，SO2气体管路的进气端与SO2气体罐连通，NOx气体管路的进气端与NOx气体罐连通，碳黑颗粒管路的进气端与碳黑颗粒罐连通，且SO2气体管路、NOx气体管路和碳黑颗粒管路的出气端相连通后再通过混合管路15与燃烧装置12连通，在LNG管路、SO2气体管路、NOx气体管路和炭黑颗粒管路上均设置有转子流量计、燃气开关、单向止回阀和压力表，在LNG管路和混合管路15上分别设有减压阀。
从图中还可以看出，实验风洞包括第一区域101和第二区域102，该第一区域101的纵向截面积大于第二区域102的纵向截面积，且第一区域101和第二区域102之间通过锥面过渡连接。气溶胶发生器1、气溶胶粒径谱仪2、加湿器3、湿度传感器4、加热装置6、温度传感器5和制冷装置7均位于第一区域101内，轴流风机9、蜂窝器10、风速传感器11、燃烧装置12和红外光谱仪13位于第二区域102内。第二区域102的尾端呈锥形结构，且该锥形结构的小口端与尾气管道连通。
试验过程：
(1)模拟不同地区、季节的大气环境条件
通过气溶胶发生器1来产生四种常见类型(沙漠型、海洋型、乡村型、城市型)的气溶胶，通过气溶胶粒径仪2对气溶胶的浓度和粒径进行监测，并且通过加湿器3、加热装置6控制风洞内的湿度和温度，达到不同类型气溶胶粒径、浓度和含水率的不同，模拟不同地区、不同季节的大气环境条件；
(2)控制LNG与SO2、NOX、炭黑中的一种或多种混合比例
通过调节LNG管路与SO2管路、NOX管路和炭黑颗粒管路上的减压阀来控制进气流量，首先测量单一LNG管路不同燃烧尺度的火焰光谱，通过玻璃转子流量计记录不同燃烧尺度下的数据，然后加入SO2、NOX、炭黑颗粒中的一种或几种不同比例混合，并且通过止回阀保证气体不回流，考虑气体分子间隙较小(通过调节减压阀就能达到不同种类气体混合的效果，达到通气稳定后，才开始用FT-IR测试不同比例混合火焰光谱)。
(3)控制FT-IR与火焰光谱的距离d
通过调节FT-IR与火焰光谱的距离，探究不同距离的大气吸收对火焰光谱的影响。
通过搭建实施例中的测试平台模拟无人机探测大型LNG罐爆炸时的真实情况。通过用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)探测单一LNG和LNG与SO2、NOX、炭黑颗粒中的一种或多种混合燃烧后在各种不同大气环境条件下的火焰光谱数据，建立火焰光谱特征信息库，为后续遥感探测化学品特征污染物、组分浓度反演以及识别评估其污染危害奠定重要基础。
以上描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种低碳化学品燃烧产物光谱测试平台，其特征在于：包括试验风洞，该试验风洞内从前往后依次设置有气溶胶发生器(1)、气溶胶粒径谱仪(2)、加湿器(3)、湿度传感器(4)、加热装置(6)、温度传感器(5)、轴流风机(9)、蜂窝器(10)、风速传感器(11)、燃烧装置(12)和红外光谱仪(13)，在所述试验风洞内靠近所述加热装置(6)顶部的位置设有制冷装置(7)，所述试验风洞的尾端通过尾气管道与尾气处理装置(14)连通；
还包括LNG管路、SO2气体管路、NOx气体管路和炭黑颗粒管路，所述LNG管路与所述燃烧装置(12)连通，所述SO2气体管路、NOx气体管路和碳黑颗粒管路相连通后再通过混合管路(15)与所述燃烧装置(12)连通，在所述LNG管路、SO2气体管路、NOx气体管路和炭黑颗粒管路上均设置有转子流量计、燃气开关和单向止回阀。
2.根据权利要求1所述的低碳化学品燃烧产物光谱测试平台，其特征在于：在所述LNG管路、SO2气体管路、NOx气体管路和炭黑颗粒管路上均设置有压力表。
3.根据权利要求1所述的低碳化学品燃烧产物光谱测试平台，其特征在于：在所述LNG管路和混合管路(15)上均设有减压阀。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的低碳化学品燃烧产物光谱测试平台，其特征在于：所述实验风洞包括第一区域(101)和第二区域(102)，该第一区域(101)的纵向截面积大于所述第二区域(102)的纵向截面积，且所述气溶胶发生器(1)、气溶胶粒径谱仪(2)、加湿器(3)、湿度传感器(4)、加热装置(6)、温度传感器(5)和制冷装置(7)位于所述第一区域(101)内，所述轴流风机(9)、蜂窝器(10)、风速传感器(11)、燃烧装置(12)和红外光谱仪(13)位于所述第二区域(102)内。
5.根据权利要求4所述的低碳化学品燃烧产物光谱测试平台，其特征在于：所述第一区域(101)和第二区域(102)之间通过锥面过渡连接。
6.根据权利要求5所述的低碳化学品燃烧产物光谱测试平台，其特征在于：所述第二区域(102)的尾端呈锥形结构，且该锥形结构的小口端与所述尾气管道连通。
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