CN113390807A - 一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统，包括SOX气瓶、NOX气瓶、COX气瓶、混气装置、加热装置、气体收集装置和光谱检测设备，所述SOX气瓶、NOX气瓶、COX气瓶分别通过管道与所述混气装置的进气口连通，所述混气装置的出气口通过进气管与所述加热装置连通，该加热装置通过出气管与所述气体收集装置连通，在所述加热装置的两端分别设有镜片，所述光谱检测设备透过该镜片对所述加热装置内的气体光谱进行检测。本发明可用来分析测试低碳化学品燃烧产物的每种特征污染气体、混合特征污染气体辐射光谱的作用波段范围，可以以此构建光谱分析数据库，为探测识别该类型火灾提供主要依据。
Description
技术领域
本发明涉及光谱测试技术领域，具体涉及一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统。
背景技术
低碳化学品(如LNG)发生火灾污染事故的风险高、危害极大。大型LNG爆炸燃烧会产生大量SOX、COx、NOx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。而目前还没有一种能够模拟LNG爆炸燃烧产生的特征污染气体，并对该特征污染气体的光谱进行研究的测试系统。
因此，基于上述背景条件，本发明提出一种能够模拟低碳化学品燃烧产物，并对其特征污染气体的光谱进行测试的系统，用来分析测试低碳化学品燃烧产物的每种特征污染物、混合特征污染物辐射光谱的作用波段范围，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，本发明提供一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统，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：
一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统，包括SOX气瓶、NOX气瓶、COX气瓶、混气装置、加热装置、气体收集装置和光谱检测设备，所述SOX气瓶、NOX气瓶、COX气瓶分别通过管道与所述混气装置的进气口连通，所述混气装置的出气口通过进气管与所述加热装置连通，该加热装置通过出气管与所述气体收集装置连通，在所述加热装置的两端分别设有镜片，所述光谱检测设备透过该镜片对所述加热装置内的气体光谱进行检测。
上述技术方案，可模拟低碳化学品燃烧气体中的一种气体对其加热至指定温度范围后进行光谱检测或将几种气体混合后进行加热，加热至指定温度范围后再对其光谱进行检测，用来分析测试低碳化学品燃烧产物的每种特征污染气体、混合特征污染气体辐射光谱的作用波段范围，可以以此构建光谱分析数据库，为探测识别该类型火灾提供主要依据。
优选地，所述混气装置的进气口位于靠近其下端的位置处，所述混气装置的出气口位于靠近其上端的位置处。
优选地，所述混气装置内沿竖直方向分布有多个相互平行的分流板，该分流板将所述混气装置内分割成多个腔室，每个所述腔室内均设有导流装置，位于最下方的所述导流装置的进气端正对所述混气装置的进气口，位于最上方的所述导流装置的出气端正对所述混气装置的出气口，所述分流板上分布有多个分流孔，且不同的分流板上设置的分流孔的大小不同；
在所述分流板的上端和下端均设有多个引流板，该引流板靠近所述分流孔的一侧设引流室，所述导流装置的进气端和出气端分别与对应位置处的引流室连通。
上述技术方案，气体从进气口进入混气装置，然后通过导流装置进入引流板的引流室，通过该引流室将汇集的气体分散至对应位置的分流板的分流孔处，然后分散后的气体会进入分流板的分流孔，又从分流孔出来后汇集至上方的引流板的引流室，然后气体又进入下一个导流装置内，如此重复分散和汇集实现对气体的混合，同时每个分流板上的分流孔大小不同，也提高了混合效果。
优选地，所述导流装置呈Z字型或螺旋状盘旋上升，所述导流装置由多段导流管依次连接形成，所述导流管的内腔连通后形成导流腔。
这样设置，可以提高气体运行轨迹，间接提高混合效果。
优选地，在所述导流腔内间隔分布有多个阻挡部或者在所述导流腔内设有连续的高低起伏状的凸起部。
这样设置，通过阻挡部和高低起伏的凸起部的设置，可以改变导流腔内气体通过的横截面积，从而提高混合效果。
优选地，在所述分流孔内设有防倒流机构；
所述防倒流机构包括固定在所述分流孔孔壁上的固定部，该固定部的一侧可转动地连接有导流翼，该导流翼能够在0～90°范围内旋转，所述导流翼旋转过程中能够将所述分流孔打开或关闭，在所述固定部上靠近其下方的位置设有通过孔，该通过孔的下端与所述引流室连通，该通过孔的上端通过缺口与所述分流孔连通，在所述通过孔内靠近其上端的位置可转动地设置有挡板，该挡板能够在0～90°范围内旋转，该挡板转动过程中能够将所述通过孔打开或关闭。
该方案，在使用过程中，大量气体通过分流孔流动，进入分流孔的气体推动导流翼向上旋转，打开分流孔，气体流出，同时少量气体进入通过孔，推动通过孔内的挡板向上旋转，打开通过孔，通过孔内的气体通过缺口进入分流孔，同时该部分气体给到导流翼一个反作用力，避免导流翼倚靠在固定部上，当没有气体通过时导流翼和挡板在重力作用下向下翻转，将分流孔和通过孔关闭，防止上方的气体倒流。
优选地，在所述固定部上位于所述导流翼下方的位置设有第一防过转部，在所述通过孔的内壁上设有第二防过转部，该第二防过转部位于所述挡板下方的位置。
该方案，导流翼在重力作用下向下翻转时会抵在第一防过转部上，同理挡板会抵在第二防过转部上，避免了向下翻转时产生过转，更好地将分流孔和通过孔关闭。
优选地，在所述加热装置的外周包覆有保温材料层，该保温材料层内分布有多个加热碳棒，用于对所述加热装置进行加热。
优选地，在所述保温材料层内设有冷却腔，该冷却腔通过冷却水管与水泵连通。
该方案，加热完成后可通过水泵向冷却腔内充水，实现对保温材料的冷却降温。
优选地，所述保温材料层内设保温腔，该保温腔紧贴所述加热碳棒；
还包括N2气瓶，该N2气瓶一方面与所述保温腔连通，另一方面与所述混气装置的进气口连通。
该方案，通入氮气对保温材料层进行保温，同时由于氮气属惰性气体遇高温不容易产生化学反应，能够有效进行安全保护，防止CO气体达到爆炸极限。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明可模拟低碳化学品燃烧气体中的一种气体对其加热至指定温度范围后进行光谱检测或将燃烧产生气体中的几种气体混合后再进行加热，加热至指定温度范围后再对其光谱进行检测，用来分析测试低碳化学品燃烧产物的每种特征污染气体、混合特征污染气体辐射光谱的作用波段范围，可以以此构建光谱分析数据库，为探测识别该类型火灾提供主要依据。
附图说明：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中的混气装置的侧视图；
图3为图2中的I处放大图；
图4为图3中的防倒流装置的结构示意图；
图5为图1中的导流装置的第一实施例的结构示意图；
图6为图1中的导流装置的第二实施例的结构示意图；
图7为图1中的导流装置的第三实施例的结构示意图。
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-附图7所示的一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统，包括SOX气瓶、NOX气瓶、COX气瓶、混气装置2、加热装置3、气体收集装置6、气体检测装置5和光谱检测设备9，SOX气瓶可以是SO2或者SO3等，NOX气瓶可以是NO或者NO2，COX气瓶可以是CO或者CO2等，具体使用时根据实际需要情况选择相应气体填充即可，SOX气瓶、NOX气瓶、COX气瓶分别通过管道与混气装置2的进气口26连通，与SOX气瓶、NOX气瓶、COX气瓶连通的管道上均设有流量计、减压阀和控制阀。混气装置2的出气口27通过进气管37与加热装置3连通，该加热装置3通过出气管38与气体收集装置6连通，同时气体收集装置6通过管道与气体检测装置5连通或者在出气管38上通过旁通管一与气体检测装置5连通，同时出气管38也可设旁通管二，通过旁通管二与混气装置2的进气口26连通，可实现气体的重复使用。设置气体检测装置5可对加热后的气体成分进行检测，可将检测结果与通入的混合气体成分进行对比，因气体在加热过程中会发生化学反应或者被氧化，将检测结果与通入的气体成分进行对比可有效分辨出是否发生了氧化反应，从而更精确地获得气体光谱信息。
在气体加热装置3内分布有热电偶39，在加热装置3的左、右两端分别设有镜片31，镜片31覆盖傅里叶红外光谱仪视场角范围，光谱检测设备9透过该镜片31对加热装置3内的气体光谱进行检测，同时光谱检测设备9与电脑10电连接，光谱检测设备9置于支架8上。
为了方便气体混合，混气装置2的进气口26设置在位于靠近其下端的位置处，混气装置2的出气口27设在位于靠近其上端的位置处。
从图2、图3可看出，混气装置2内沿竖直方向分布有多个相互平行的分流板21，该分流板21将混气装置2内沿竖直方向分割成多个腔室24，每个腔室24内均设有导流装置23，位于最下方腔室24内的导流装置23的进气端正对混气装置2的进气口26，从进气口26进来的气体可直接进入导流装置23，位于最上方腔室24内的导流装置23的出气端正对混气装置2的出气口27，从导流装置23出来的气体可直接进入出气口27。
分流板21上分布有多个分流孔22，该分流孔22贯穿分流板21，且不同的分流板21上设置的分流孔22的大小不同。
在分流板21的上端和下端均设有多个引流板29，该引流板29靠近分流孔22的一侧设引流室291，导流装置23的进气端和出气端分别与对应位置处的引流室291连通，即气体通过导流装置23后进入引流室291，通过引流室291汇集后进入分流孔22，然后从分流孔22出来的气体分散至上方的引流室291，在该引流室291汇集后又进入下一个导流装置23，如此重复分散汇集实现对气体的混合。
从图2、图3结合图5-图7中可看出，导流装置23呈Z字型或螺旋状盘旋上升，导流装置23由多段导流管依次连接形成，导流管可为圆管或半圆管或方管等，导流管的内腔连通后形成导流腔232，为了提高混合效果，在导流腔232内间隔分布有多个阻挡部233，阻挡部233可为扇形凸块或凹型结构(可参考图5和图6)，或者在导流腔232内设有连续的高低起伏状的凸起部235(参考图7)，以此实现导流腔232内横截面积的变化，气体通过时混合效果更好。
在分流孔22内设有防倒流机构28，当分流孔22孔径较小时可只在分流孔22内设一套防导流机构，当分流孔22孔径较大时可在分流孔内设两套防倒流机构，两套防倒流机构相对设置，从图4结合图2可看出，防倒流机构28包括固定在分流孔22孔壁上的固定部281，该固定部281的一侧可转动地连接有导流翼286，该导流翼286能够在0～90°范围内旋转，导流翼286旋转过程中能够将分流孔22打开或关闭，在固定部281上靠近其下方的位置设有通过孔282，该通过孔282的下端与引流室291连通，该通过孔282的上端通过缺口285与分流孔22连通，在通过孔282内靠近其上端的位置可转动地设置有挡板283，该挡板283能够在0～90°范围内旋转，该挡板283转动过程中能够将通过孔282打开或关闭。在固定部281上位于导流翼286下方的位置设有第一防过转部288，在通过孔282的内壁上设有第二防过转部284，该第二防过转部284位于挡板283下方的位置。在使用过程中，大量气体通过分流孔22，经过分流孔22的气体推动导流翼286向上旋转将分流孔打开，然后气体从分流孔22通过，同时少量气体从通过孔282进入，然后通过缺口285进入分流孔22，这部分气体会从反方向推动导流翼286旋转，这样可避免导流翼286旋转过程中贴紧固定部281，这样没有气体通过时导流翼286可在重力作用下向下翻转将分流孔22关闭。
为了提高加热装置3的加热效果，在加热装置3的外周包覆有保温材料层33，该保温材料层33内分布有多个加热碳棒36，用于对加热装置3进行加热。同时在保温材料层33内设有冷却腔34和保温腔35，该冷却腔34通过冷却水管42与水泵41连通，该保温腔35紧贴加热碳棒36，使用过程中可在保温腔35内通入氮气进行保温。加热装置3安装于固定支架1上。
除此之外，也可添加N2气瓶、Ar气瓶、CO2气瓶等来模拟大气常态环境，N2气瓶、Ar气瓶、CO2气瓶等分别通过管道与混气装置2的进气口26连通。添加CO2、H2O模拟燃烧场燃烧环境(H2O通过计算加热容器容积后，按封闭环境模拟燃烧场常态湿度要求及模拟共性燃烧产物CO2和H2O的量进行提前配比)。这种情况可模拟不同大气环境对低碳化学品燃烧气体的光谱影响。
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 (10)
1.一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统，其特征在于：包括SOX气瓶、NOX气瓶、COX气瓶、混气装置(2)、加热装置(3)、气体收集装置(6)和光谱检测设备(9)，所述SOX气瓶、NOX气瓶、COX气瓶分别通过管道与所述混气装置(2)的进气口(26)连通，所述混气装置(2)的出气口(27)通过进气管(37)与所述加热装置(3)连通，该加热装置(3)通过出气管(38)与所述气体收集装置(6)连通，在所述加热装置(3)的两端分别设有镜片(31)，所述光谱检测设备(9)透过该镜片(31)对所述加热装置(3)内的气体光谱进行检测。
2.根据权利要求1所述的一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统，其特征在于：所述混气装置(2)的进气口(26)位于靠近其下端的位置处，所述混气装置(2)的出气口(27)位于靠近其上端的位置处。
3.根据权利要求2所述的一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统，其特征在于：所述混气装置(2)内沿竖直方向分布有多个相互平行的分流板(21)，该分流板(21)将所述混气装置(2)内分割成多个腔室(24)，每个所述腔室(24)内均设有导流装置(23)，位于最下方的所述导流装置(23)的进气端正对所述混气装置(2)的进气口(26)，位于最上方的所述导流装置(23)的出气端正对所述混气装置(2)的出气口(27)，所述分流板(21)上分布有多个分流孔(22)，且不同的分流板(21)上设置的分流孔(22)的大小不同；
在所述分流板(21)的上端和下端均设有多个引流板(29)，该引流板(29)靠近所述分流孔(22)的一侧设引流室(291)，所述导流装置(23)的进气端和出气端分别与对应位置处的引流室(291)连通。
4.根据权利要求3所述的一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统，其特征在于：所述导流装置(23)呈Z字型或螺旋状盘旋上升，所述导流装置(23)由多段导流管依次连接形成，所述导流管的内腔连通后形成导流腔(232)。
5.根据权利要求4所述的一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统，其特征在于：在所述导流腔(232)内间隔分布有多个阻挡部(233)或者在所述导流腔(232)内设有连续的高低起伏状的凸起部(235)。
6.根据权利要求3所述的一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统，其特征在于：在所述分流孔(22)内设有防倒流机构(28)；
所述防倒流机构(28)包括固定在所述分流孔(22)孔壁上的固定部(281)，该固定部(281)的一侧可转动地连接有导流翼(286)，该导流翼(286)能够在0～90°范围内旋转，所述导流翼(286)旋转过程中能够将所述分流孔(22)打开或关闭，在所述固定部(281)上靠近其下方的位置设有通过孔(282)，该通过孔(282)的下端与所述引流室(291)连通，该通过孔(282)的上端通过缺口(285)与所述分流孔(22)连通，在所述通过孔(282)内靠近其上端的位置可转动地设置有挡板(283)，该挡板(283)能够在0～90°范围内旋转，该挡板(283)转动过程中能够将所述通过孔(282)打开或关闭。
7.根据权利要求6所述的一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统，其特征在于：在所述固定部(281)上位于所述导流翼(286)下方的位置设有第一防过转部(288)，在所述通过孔(282)的内壁上设有第二防过转部(284)，该第二防过转部(284)位于所述挡板(283)下方的位置。
8.根据权利要求3所述的一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统，其特征在于：在所述加热装置(3)的外周包覆有保温材料层(33)，该保温材料层(33)内分布有多个加热碳棒(36)，用于对所述加热装置(3)进行加热。
9.根据权利要求8所述的一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统，其特征在于：在所述保温材料层(33)内设有冷却腔(34)，该冷却腔(34)通过冷却水管(42)与水泵(41)连通。
10.根据权利要求8所述的一种模拟低碳化学品燃烧气体光谱测试系统，其特征在于：所述保温材料层(33)内设保温腔(35)，该保温腔(35)紧贴所述加热碳棒(36)；
还包括N2气瓶，该N2气瓶一方面与所述保温腔(35)连通，另一方面与所述混气装置(2)的进气口(26)连通。
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