CN115015464B - 用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试装置和测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃烧实验技术领域，公开了一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试装置和测试方法，测试装置包括空气输送系统、配风系统、气体燃料输送系统、固体燃料输送系统、试验炉、烟气处理系统、烟气采样及分析系统；测试方法可针对纯煤粉燃烧工况、煤‑氨混燃工况、气体碳氢燃料‑氨混燃工况、气体碳氢燃料‑煤‑氨混燃工况、纯氨燃烧工况、纯气体碳氢燃料燃烧工况等多种燃烧工况的燃烧特性及燃烧方式进行研究。本发明能够简化模拟真实燃煤锅炉中的氨煤混燃过程，实现NH3喷入位置与比例、氨煤混合方式、配风比例等重要参数的灵活调整，探寻最佳的氨煤混燃方式与NOx控制方法。
Description
技术领域
本发明属于燃烧实验技术领域，具体的说，是涉及一种高气密性多功能的混氨燃料燃烧特性及燃烧方式测试装置和测试方法。
背景技术
我国以燃煤发电为主，为实现燃煤电厂CO2的大幅减排，需要使用零碳燃料逐步替代化石燃料。氢能是比较理想的零碳燃料，但H2储存运输难度大、成本高，且氢的点火能量低和火焰传播速度较高，导致其在储存、运输及运用时存在复杂的安全问题。NH3作为零碳能源，与H2相比，单位出能成本低，体积能量密度高，也更加安全可靠。因此，氨是一种更具发展潜力的载氢低碳燃料，可大幅降低化石燃料燃烧所产生的CO2排放，为能源行业的低碳发展提供新的方向。
以氨替代部分的碳氢燃料(以下称混氨燃烧)并开发燃煤机组混氨燃烧技术对实现火电厂的大规模CO2减排意义重大。然而，由于NH3为含氮燃料，NOx排放的控制成为氨煤混燃技术能否实现应用的关键问题。与其它替代燃料相比，氨燃料的应用尚未得到普及，国内外学者对氨燃料的研究十分有限，对高浓度氨火焰的基本火焰特性、氨燃烧机理及燃烧过程中NOx生成等方面的研究仍远远不足，还缺乏适于工程应用的氨燃烧化学动力学模型。针对不同燃料与NH3混合燃烧的燃烧特性、合适的燃烧方式、污染物排放特性等方面也缺乏相应的研究结果和研究实验装置。此外，针对混氨燃烧，目前还未有相关的实验平台能够进行从机理层面研究氨煤混燃的方法。
发明内容
本发明为解决现有缺少不同碳氢燃料-氨混燃特性研究及燃烧方式性能评价的实验研究系统和方法的问题，并为验证氨煤混燃可实施性以及NOx的可控性，进而提供一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式测试装置和测试方法，该测试装置具有高气密性和多功能性，能够进行不同碳氢燃料-氨混燃反应机理研究、混氨燃烧特性及最佳燃烧方式研究、全尺度燃煤机组混氨燃烧运行方案设计；该测试方法可以在不同反应温度、不同配风比例、不同投氨位置条件下，完成纯煤粉燃烧、煤粉-氨混燃燃烧、气体碳氢燃料-氨混燃燃烧、煤-气体碳氢燃料-氨混燃燃烧、纯气体碳氢燃料燃烧、纯氨燃烧等多种燃烧方式的实验研究；可简化模拟真实燃煤/气锅炉中的氨煤/气体碳氢燃料混燃过程，实现NH3喷入位置与比例、氨煤/气体碳氢燃料混合方式、配风比例等重要参数的灵活调整，探寻最佳的氨煤/ 气体碳氢燃料混燃方式与NOx控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
根据本发明的一个方面，提供了一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试装置，包括空气输送系统(1)、配风系统(2)、气体燃料输送系统(3)、固体燃料输送系统(4)、试验炉(5)、烟气处理系统(6)、烟气采样及分析系统(7)；
所述配风系统(2)包括一次风输送及加热管路、二次风输送及加热管路和燃尽风输送及加热管路；所述一次风输送及加热管路的入口、所述二次风输送及加热管路的入口、所述燃尽风输送及加热管路的入口均与所述空气输送系统(1)连接；所述一次风输送及加热管路的出口与所述固体燃料输送系统(4)连接，所述二次风输送及加热管路的出口与燃烧器(5-1)的二次风外丝(5-1-6)连接，所述燃尽风输送及加热管路的出口通过输气软管与测点的采样/输气枪(5-7)连接；
所述气体燃料输送系统(3)包括气体碳氢燃料罐(3-1)、气体碳氢燃料流量调节阀(3-2)、气体碳氢燃料流量计(3-3)、气体碳氢燃料管路(3-4)、气体碳氢燃料混气罐(3-6)、氨气气体罐(3-7)、氨气流量调节阀(3-8)、氨气流量计(3-9)、氨气气体管路(3-10)、氨气气体混气罐(3-12)、气体燃料转接阀(3-13)；
所述气体碳氢燃料罐(3-1)的出口通过所述气体碳氢燃料流量调节阀(3-2)与所述气体碳氢燃料流量计(3-3)的入口连接，所述气体碳氢燃料流量计(3-3)的出口通过所述气体碳氢燃料管路(3-4)与所述气体碳氢燃料混气罐(3-6)的入口连接，所述气体碳氢燃料混气罐(3-6)用于通入气体碳氢燃料稀释空气(3-5)与气体碳氢燃料混合，所述气体碳氢燃料混气罐(3-6)的出口与所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口连接，或者与所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口和所述采样/输气枪(5-7)连接；
所述氨气气体罐(3-2)的出口通过所述氨气气体流量调节阀(3-8)与所述氨气流量计(3-9)的入口连接，所述氨气流量计(3-9)的出口通过氨气管路(3-10)与所述氨气气体混气罐(3-12)的入口连接，所述氨气气体混气罐(3-12)用于通入氨气稀释空气(3-11) 与氨气混合，所述氨气气体混气罐(3-12)的出口与所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口、所述二次风外丝(5-1-6)、所述采样/输气枪(5-7)中的至少一个连接；
所述气体燃料转接阀(3-13)为上端口、下端口和气体接口构成的三通结构，其上端口与所述固体燃料输送系统(4)的出口连接，其下端口用于与所述燃烧器(5-1)的顶端入口连接；
所述固体燃料输送系统(4)用于向所述试验炉(5)供给不同的固体燃料颗粒；
所述试验炉(5)由上至下依次包括所述燃烧器(5-1)、炉顶盖(5-2)、第一节炉体(5-3)、第二节炉体(5-4)、第三节炉体(5-5)、炉底盖(5-6)、所述采样/输气枪(5-7)；所述燃烧器(5-1)固定安装于所述炉顶盖(5-2)并探入所述第一节炉体(5-3)，所述第一节炉体(5-3)、所述第二节炉体(5-4)、所述第三节炉体(5-5)相互连通；
所述燃烧器(5-1)包括燃烧器一次风管(5-1-5)和燃烧器二次风管(5-1-4)；所述燃烧器一次风管(5-1-5)同轴设置在所述燃烧器二次风管(5-1-4)内部，所述燃烧器一次风管(5-1-5)底端与所述燃烧器二次风管(5-1-4)底端齐平，所述燃烧器一次风管(5-1-5) 顶端高于所述燃烧器二次风管(5-1-4)顶端，且所述燃烧器二次风管(5-1-4)顶端与所述燃烧器一次风管(5-1-5)之间通过不锈钢圆环(5-1-2)进行密封；所述燃烧器一次风管 (5-1-5)外部固定有安装法兰(5-1-1)，所述安装法兰(5-1-1)用于将所述燃烧器(5-1) 固定于所述炉顶盖(5-2)；所述燃烧器一次风管(5-1-5)顶端与所述气体燃料转接阀(3-13) 的下端口相连通；所述燃烧器二次风管(5-1-4)连接有所述二次风外丝(5-1-6)；
所述第一节炉体(5-3)、所述第二节炉体(5-4)、所述第三节炉体(5-5)构造完全相同，均包括炉体钢壳(5-3-1)、炉体浇筑内胆(5-3-2)、炉底浇筑底座(5-3-3)、含锆保温层(5-3-4)、硅酸铝纤维毯(5-3-5)、硅钼棒(5-3-6)、炉膛(5-3-7)、采样/输气孔(5-3-8)、热电偶测孔(5-3-9)；所述炉膛(5-3-7)沿所述炉体钢壳(5-3-1)的轴线设置，并由刚玉莫来石的所述炉体浇筑内胆(5-3-2)形成；所述炉体浇筑内胆(5-3-2)均匀分布地开设 1-4个相同的所述采样/输气孔(5-3-8)，每个所述采样/输气孔(5-3-8)均安装所述采样/ 输气枪(5-7)，并作为一个测点；所述炉体浇筑内胆(5-3-2)双侧均匀分布所述硅钼棒(5-3-6) 作为加热元件；所述硅钼棒(5-3-6)外围依次采用所述含锆保温层(5-3-4)、所述硅酸铝纤维毯(5-3-5)对所述炉体钢壳(5-3-1)内部空间进行填充，所述含锆保温层(5-3-4) 和所述炉体浇筑内胆(5-3-2)之间留有空间用于所述硅钼棒(5-3-6)的均匀加热；热电偶测孔(5-3-9)用于测试所述硅钼棒(5-3-6)的加热温度；
所述烟气处理系统(6)的入口与所述炉膛(5-3-7)的下部出口相连；所述烟气采样及分析系统(7)与所述烟气处理系统(6)的出口连接和/或与测点的所述采样/输气枪(5-7)连接。
进一步地，所述空气输送系统(1)包括空压机(1-1)、稳压表(1-2)、缓冲罐(1-3)；所述空压机(1-1)的出口与所述缓冲罐(1-3)的入口连接，所述稳压表(1-2)设置在所述空压机(1-1)与所述缓冲罐(1-3)之间的连接管路上；所述缓冲罐(1-3)的出口分别与一次风输送及加热管路、二次风输送及加热管路和燃尽风输送及加热管连接。
进一步地，所述配风系统(2)中：
所述一次风输送及加热管路包括一次风流量调节阀(2-1)、一次风流量计(2-4)、一次风管路(2-7)、一次风加热器(2-10)、一次风加热电路开关(K5)、一次风预热热电偶(T4)、一次风转接阀(2-13)；所述一次风流量计(2-4)的入口与所述空气输送系统(1) 的出口连接，并在连接管路上设置所述一次风流量调节阀(2-1)；所述一次风流量计(2-4) 的出口通过所述一次风管路(2-7)与所述一次风加热器(2-10)的入口连接，所述一次风加热器(2-10)的出口通过所述一次风转接阀(2-13)与所述固体燃料输送系统(4)连接；其中，所述一次风加热器(2-10)的开/关由所述一次风加热电路开关(K5)控制，所述一次风预热热电偶(T4)安装于所述一次风加热器(2-10)，用于测量一次风预热实时温度；
所述二次风输送及加热管路包括二次风流量调节阀(2-2)、二次风流量计(2-5)、二次风管路(2-8)、二次风加热器(2-11)、二次风加热电路开关(K6)、二次风预热热电偶(T5)、二次风转接阀(2-14)；所述二次风流量计(2-5)的入口与所述空气输送系统(1) 的出口连接，并在连接管路上设置所述二次风流量调节阀(2-2)；所述二次风流量计(2-5) 的出口通过所述二次风管路(2-8)与所述二次风加热器(2-11)的入口连接，所述二次风加热器(2-11)的出口通过所述二次风转接阀(2-14)与所述燃烧器(5-1)的二次风外丝 (5-1-6)连接；其中，所述二次风加热器(2-11)的开/关由所述二次风加热电路开关(K6) 控制，所述二次风预热热电偶(T5)安装于所述二次风加热器(2-11)，用于测量二次风预热实时温度；
所述燃尽风输送及加热管路包括燃尽风流量调节阀(2-3)、燃尽风流量计(2-6)、燃尽风管路(2-9)、燃尽风加热器(2-12)、燃尽风加热电路开关(K7)、燃尽风预热热电偶(T6)；所述燃尽风流量计(2-6)与所述空气输送系统(1)的出口连接，并在连接管路上设置所述燃尽风流量调节阀(2-3)；所述燃尽风流量计(2-6)的出口通过所述燃尽风管路 (2-9)与所述燃尽风加热器(2-12)的入口连接，所述燃尽风加热器(2-12)的出口通过输气软管与测点的所述采样/输气枪5-7连接；其中，所述燃尽风加热器(2-12)的开/关由所述燃尽风加热电路开关(K7)控制，所述燃尽风预热热电偶(T6)安装于所述燃尽风加热器(2-12)，用于测量燃尽风预热实时温度。
进一步地，所述固体燃料输送系统(4)包括绞龙(4-1)、粉仓(4-2)、无级变速给粉搅拌机(4-3)、给粉管(4-4)、支架(4-5)；所述绞龙(4-1)垂直插入所述粉仓(4-2)中，所述粉仓(4-2)、所述无级变速给粉搅拌机(4-3)、所述给粉管(4-4)，所述支架(4-5) 由上到下依次连接；所述无级变速给粉搅拌机(4-3)的上部粉口与所述一次风输送及加热管路的出口连接，所述无级变速给粉搅拌机(4-3)的下部粉口与所述给粉管(4-4)的上端入口连接，所述给粉管(4-4)的下端出口与所述气体燃料转接阀(3-13)的上端口相连通。
进一步地，所述炉顶盖(5-2)包括密封外壳(5-2-1)，所述密封外壳(5-2-1)底部通过盖板法兰(5-2-2)与所述第一节炉体(5-3)顶部连接；所述密封外壳(5-2-1)内部为空腔且填满保温材料(5-2-3)；所述密封外壳(5-2-1)设置有上下贯通的中心开孔(5-2-4)，所述中心开孔(5-2-4)用于穿过所述燃烧器(5-1)穿过；所述密封外壳(5-2-1)顶面中心设置有凸起缩口(5-2-5)，所述凸起缩口(5-2-5)用于连接所述安装法兰(5-1-1)。
进一步地，所述采样/输气枪(5-7)包括采样枪(5-7-1)、输气枪(5-7-2)和丝堵(5-7-3)；所述输气枪(5-7-2)后端与所述采样/输气孔(5-3-8)在炉体钢壳(5-3-1)上的端口焊接并作为所述输气枪(5-7-2)的出口，所述输气枪(5-7-2)的侧壁设置有入口；所述采样枪(5-7-1)同轴线设置在输气枪(5-7-2)内部，且其外径小于所述输气枪(5-7-2)的内径；所述采样枪(5-7-1)一端伸出于所述输气枪(5-7-2)的前端并作为出口，另一端延伸至所述采样/输气孔(5-3-8)内并作为入口；所述输气枪(5-7-2)的前端通过所述丝堵(5-7-3) 与所述采样枪(5-7-1)拧紧；所述输气枪(5-7-2)的入口和所述采样枪(5-7-1)的出口均设置有阀门。
进一步地，所述烟气处理系统(6)包括灰斗(6-1)、烟温传感器(T7)、高温旋风除尘器(6-2)、烟温传感器(T8)、水冷却器(6-3)、水冷却器温度传感器(T12)、低温布袋除尘器进口烟温传感器(T9)、低温布袋除尘器(6-4)、低温布袋除尘器烟温传感器(T10)，引风机(6-5)；所述灰斗(6-1)的进口与所述炉膛(5-3-7)的下部出口相连，所述灰斗(6-1) 的出口与所述高温旋风除尘器(6-2)的入口连接，所述高温旋风除尘器(6-2)的出口与所述水冷却器(6-3)的入口连接，所述水冷却器(6-3)的出口与所述低温布袋除尘器(6-4) 的入口连接，所述低温布袋除尘器(6-4)的出口通过管道与所述引风机(6-5)的入口连接；所述烟温传感器(T7)设置在所述灰斗(6-1)与所述高温旋风除尘器(6-2)之间的管路上；所述烟温传感器(T8)设置在所述高温旋风除尘器(6-2)与所述水冷却器(6-3) 之间的管路上；所述水冷却器温度传感器(T12)设置在所述水冷却器(6-3)上；所述低温布袋除尘器进口烟温传感器(T9)设置在所述水冷却器(6-3)和所述低温布袋除尘器(6-4) 之间的管路上；所述低温布袋除尘器烟温传感器(T10)设置在所述低温布袋除尘器(6-4) 上；所述低温布袋除尘器(6-4)与所述引风机(6-5)之间的管路用于连接所述烟气采样及分析系统(7)。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试方法，该方法采用上述测试装置进行；用于纯煤粉燃烧工况、煤-氨混燃工况、气体碳氢燃料-煤-氨混燃工况；包括如下步骤：
(1)将固体燃料颗粒置于所述固体燃料输送系统(4)，根据实验给粉量调整给粉频率后，关闭所述固体燃料输送系统(4)；
(2)将所述燃尽风输送及加热管路的出口通过输气软管接入实验需求的燃尽风位置所对应的测点；
打开所述空气输送系统(1)和所述配风系统(2)，根据试验需求调整一次风、二次风和燃尽风的流量和温度；
(3)将所述第一节炉体(5-3)、所述第二节炉体(5-4)、所述第三节炉体(5-5)升温至各自的实验温度；
(4)通过所述烟气处理系统(6)调整所述试验炉(5)处于微正压运行状态；
(5)根据不同工况采取不同操作如下：
纯煤粉燃烧工况下：打开所述固体燃料输送系统(4)，固定质量流量的固体燃料由于一次风的携带自上而下进入所述试验炉(5)，逐渐与二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
煤-氨混燃工况下：利用输气软管将所述氨气气体混气罐(3-12)的出口接入实验需求的所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口、所述二次风外丝(5-1-6)、所述采样/输气枪 (5-7)中的至少一个；打开所述氨气气体罐(3-7)并按照实验需要调节氨气浓度和氨气流量；打开所述固体燃料输送系统(4)，燃料由于一次风的携带自上而下进入所述试验炉(5)，逐渐与二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
气体碳氢燃料-煤-氨混燃工况下：利用输气软管将所述氨气气体混气罐(3-12)的出口接入实验需求的所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口、所述二次风外丝(5-1-6)、所述采样/输气枪(5-7)中的至少一个；打开所述氨气气体罐(3-7)并按照实验需要调节氨气浓度和氨气流量；利用输气软管将所述气体碳氢燃料混气罐(3-6)的出口接入实验需求的气体燃料转接阀(3-13)的气体接口，或者所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口和所述采样/输气枪(5-7)；打开所述气体碳氢燃料罐(3-1)并按照实验需要调节气体碳氢燃料浓度和气体碳氢燃料流量；打开所述固体燃料输送系统(4)，燃料由于一次风的携带自上而下进入所述试验炉(5)，逐渐与二次风、气体燃料、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
(6)利用所述烟气采样及分析系统(7)对尾部烟气进行采样，燃烧稳定后按照由上到下的顺序将各个测点安装的所述采样/输气枪(5-7)通过输气软管与烟气采样及分析系统连接，对各个测点的烟气进行采样，并记录和保存气相监测数据；
(7)重复步骤(2)～步骤(6)；
纯煤粉燃烧工况下：得到不同燃尽风位置对燃烧过程的影响；
煤-氨混燃工况下：得到不同燃尽风位置、混氨位置、混氨比例对燃烧过程的影响；
气体碳氢燃料-煤-氨混燃工况下：得到不同燃尽风位置、混氨位置、混氨比例、气体碳氢燃料位置、气体碳氢燃料比例对燃烧过程的影响；
(8)根据实验需求调整一次风、二次风、燃尽风比例，重复步骤(4)～步骤(6)，得到配风比例对燃烧过程的影响；
(9)关闭所述固体燃料输送系统(4)，并根据不同工况关闭所述气体燃料输送系统(3)；空气吹扫后多次重复步骤(2)～(8)，以对实验进行重复性验证；
(10)将所述试验炉(5)降低至室温后，而后依次关闭所述空气输送系统(1)和所述烟气处理系统(6)；拆除所述烟气处理系统(6)中的灰斗(6-1)，对残余颗粒样品进行采样分析。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试方法，该方法采用上述测试装置进行；用于气体碳氢燃料-氨混燃工况、纯氨燃烧工况、纯气体碳氢燃料燃烧工况；包括如下步骤：
(1)将所述燃尽风输送及加热管路的出口通过输气软管接入实验需求的燃尽风位置所对应的测点；
打开所述空气输送系统(1)和所述配风系统(2)，根据试验需求调整一次风、二次风和燃尽风的流量和温度；
(2)将所述第一节炉体(5-3)、所述第二节炉体(5-4)、所述第三节炉体(5-5)升温至各自的实验温度；
(3)通过所述烟气处理系统(6)调整所述试验炉(5)处于微正压运行状态；
(4)根据不同工况采取不同操作如下：
气体碳氢燃料-氨混燃工况下：利用输气软管将所述氨气气体混气罐(3-12)的出口接入实验需求的所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口、所述二次风外丝(5-1-6)、所述采样/输气枪(5-7)中的至少一个；打开所述氨气气体罐(3-7)并按照实验需要调节氨气浓度和氨气流量；利用输气软管将所述气体碳氢燃料混气罐(3-6)的出口接入实验需求的气体燃料转接阀(3-13)的气体接口，或者所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口和所述采样/输气枪(5-7)；打开所述气体碳氢燃料罐(3-1)并按照实验需要调节气体碳氢燃料浓度和气体碳氢燃料流量；燃料由于一次风的携带自上而下进入所述试验炉(5)，逐渐与二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
纯氨燃烧工况下：利用输气软管将所述氨气气体混气罐(3-12)的出口接入实验需求的所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口，或者在接入所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口的同时接入所述二次风外丝(5-1-6)和/或所述采样/输气枪5-7的输气枪(5-7-2)的入口；打开所述氨气气体罐(3-7)并按照实验需要调节氨气浓度和氨气流量；燃料由于一次风的携带自上而下进入所述试验炉(5)，逐渐与二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
纯气体碳氢燃料燃烧工况下：利用输气软管将所述气体碳氢燃料混气罐(3-6)的出口接入实验需求的气体燃料转接阀(3-13)的气体接口，或者接入所述气体燃料转接阀(3-13) 的气体接口和所述采样/输气枪(5-7)；打开所述气体碳氢燃料罐(3-1)并按照实验需要调节气体碳氢燃料浓度和气体碳氢燃料流量；燃料由于一次风的携带自上而下进入所述试验炉(5)，逐渐与二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
(5)利用所述烟气采样及分析系统(7)对尾部烟气进行采样，燃烧稳定后按照由上到下的顺序将各个测点安装的所述采样/输气枪(5-7)通过输气软管与烟气采样及分析系统连接，对各个测点的烟气进行采样，并记录和保存气相监测数据；
(6)重复步骤(2)～步骤(5)；
气体碳氢燃料-氨混燃工况下：得到不同燃尽风位置、混氨位置、混氨比例、气体碳氢燃料位置、气体碳氢燃料比例对燃烧过程的影响；
纯氨燃烧工况下：得到不同燃尽风位置、混氨位置、混氨比例对燃烧过程的影响；
纯气体碳氢燃料燃烧工况下：得到不同燃尽风位置、气体碳氢燃料位置、气体碳氢燃料比例对燃烧过程的影响；
(7)根据实验需求调整一次风、二次风、燃尽风比例，重复步骤(4)～步骤(5)，得到配风比例对燃烧过程的影响；
(8)根据不同工况关闭所述气体燃料输送系统(3)；空气吹扫后多次重复步骤(2)～(7)，以对实验进行重复性验证；
(9)将所述试验炉(5)降低至室温后，而后依次关闭所述空气输送系统(1)和所述烟气处理系统(6)。
根据本发明的另一个方面，提供了一种试验炉炉体，包括炉体钢壳(5-3-1)、炉体浇筑内胆(5-3-2)、炉底浇筑底座(5-3-3)、含锆保温层(5-3-4)、硅酸铝纤维毯(5-3-5)、硅钼棒(5-3-6)、炉膛(5-3-7)、采样/输气孔(5-3-8)；所述炉膛(5-3-7)沿所述炉体钢壳 (5-3-1)的轴线设置，并由刚玉莫来石的所述炉体浇筑内胆(5-3-2)形成；所述炉体浇筑内胆(5-3-2)均匀分布地开设1-4个相同的所述采样/输气孔(5-3-8)，每个所述采样/输气孔(5-3-8)均安装所述采样/输气枪(5-7)，并作为一个测点；所述炉体浇筑内胆(5-3-2) 双侧均匀分布所述硅钼棒(5-3-6)作为加热元件；所述硅钼棒(5-3-6)外围依次采用所述含锆保温层(5-3-4)、所述硅酸铝纤维毯(5-3-5)对所述炉体钢壳(5-3-1)内部空间进行填充，所述含锆保温层(5-3-4)和所述炉体浇筑内胆(5-3-2)之间留有空间用于所述硅钼棒(5-3-6)的均匀加热；
所述采样/输气枪(5-7)包括采样枪(5-7-1)、输气枪(5-7-2)和丝堵(5-7-3)；所述输气枪(5-7-2)后端与所述采样/输气孔(5-3-8)在炉体钢壳(5-3-1)上的端口焊接并作为所述输气枪(5-7-2)的出口，所述输气枪(5-7-2)的侧壁设置有入口；所述采样枪(5-7-1)同轴线设置在输气枪(5-7-2)内部，且其外径小于所述输气枪(5-7-2)的内径；所述采样枪(5-7-1)一端伸出于所述输气枪(5-7-2)的前端并作为出口，另一端延伸至所述采样/ 输气孔(5-3-8)内并作为入口；所述输气枪(5-7-2)的前端通过所述丝堵(5-7-3)与所述采样枪(5-7-1)拧紧；所述输气枪(5-7-2)的入口和所述采样枪(5-7-1)的出口均设置有阀门。
本发明的有益效果是：
本发明能够进行不同混氨比例、混氨方式、喷氨位置、一次风比例、二次风比例、燃尽风比例及位置、当量比等因素对混氨燃烧的燃烧特性及污染物排放特性的影响的实验，对混氨燃烧NOx生成机理进行深入研究。并且，能够将数值模拟与机理研究结合，研究混氨比例、混氨方式以喷氨位置、当量比等参数对NH3和NO转化路径的影响，对比不同参数下混氨燃烧的NOx排放与NH3逃逸，评估适用于混氨燃烧的详细氮反应机理，建立详细的NO生成路径，并据此研究和提出抑制NO生成的方法及混氨燃烧方式与技术的优化方案，在小尺度实验台上进行验证。
碳氢燃料-氨混燃的燃烧速率可以通过反应动力学模型进行定量表征，得到不同燃烧工况烟气组分随时间、反应条件等参数的关系，建立精确的数值模型，并通过一定的计算方法得到反应动力学参数。
1、本发明试验炉分三段独立温控，可分别对应火电机组的主燃区、燃尽区、脱硝区，对全尺度燃煤/气机组混氨燃烧运行方案设计具有极强的指导意义。
2、本发明每段炉体采用的浇筑测孔技术，首次实现了一维炉难以监测沿程烟气组分变化的突破，为碳氢燃料-氨混燃反应机理研究建立了实验基础。
3、本发明在每个测孔上安装自行设计的采样/输气枪，实现了实验过程中投氨位置和配风位置的灵活变化，为混氨燃烧特性及最佳燃烧方式研究提供了极大便利，避免以往一维炉实验仅能通过入口处配气完成实验，能够实现随时调整配风位置、投氨位置，获得真实燃烧组分。
4、本发明通过对实验系统的设计，可以在不同反应温度、不同配风比例、不同投氨位置条件下，完成多种燃料混燃方式及比例的研究，为机理研究提供极大便利。
可见，本发明对于混氨燃烧反应机理研究、混氨燃烧特性及最佳燃烧方式研究、全尺度燃煤机组混氨燃烧运行方案设计均具有重要意义。
附图说明
图1为本发明所提供的用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式测试装置的结构示意图；
图2为本发明所提供的测试装置中燃烧器的结构示意图；
图3为本发明所提供的测试装置中炉顶盖的主视图；
图4为本发明所提供的测试装置中炉顶盖的剖面图；
图5为图1的C-C剖面图；
图6为图5的A-A剖面图；
图7为图5的B-B剖面图；
图8为本发明所提供的测试装置中采样/输气枪的结构示意图。
上述图中：1、空气输送系统，1-1、空压机，1-2、稳压表，1-3、缓冲罐；
2、配风系统，2-1、一次风流量调节阀，2-2、二次风流量调节阀，2-3、燃尽风流量调节阀，2-4、一次风流量计，2-5、二次风流量计，2-6、燃尽风流量计，2-7、一次风管路， 2-8、二次风管路，2-9、燃尽风管路，2-10、一次风加热器，2-11、二次风加热器，2-12、燃尽风加热器，2-13、一次风转接阀，2-14、二次风转接阀，K5、一次风加热电路开关， K6、二次风加热电路开关，K7、燃尽风加热电路开关，T4、一次风预热热电偶，T5、二次风预热热电偶，T6、燃尽风预热热电偶；
3、气体燃料输送系统，3-1、气体碳氢燃料罐，3-2、气体碳氢燃料流量调节阀，3-3、气体碳氢燃料流量计，3-4、气体碳氢燃料管路，3-5、气体碳氢燃料稀释空气，3-6、气体碳氢燃料混气罐，3-7、氨气气体罐，3-8、氨气流量调节阀，3-9、氨气流量计，3-10、氨气气体管路，3-11、氨气气体稀释空气，3-12、氨气气体混气罐，3-13、气体燃料转接阀；
4、固体燃料输送系统；4-1、绞龙，4-2、粉仓，4-3、无级变速给粉搅拌机，4-4、给粉管，4-5、支架，K3、绞龙开关，K4、无级变速给粉搅拌器开关；
5、试验炉炉体，
5-1、燃烧器，5-1-1、安装法兰，5-1-2、不锈钢圆环，5-1-3、旋流片，5-1-4、燃烧器二次风管，5-1-5、燃烧器一次风管，5-1-6、二次风外丝；5-2、炉顶盖，5-2-1、密封外壳， 5-2-2、盖板法兰，5-2-3、保温材料，5-2-4、中心开孔，5-2-5、凸起缩口；5-3、第一节炉体，5-3-1、炉体钢壳，5-3-2、炉体浇筑内胆，5-3-3、炉底浇筑底座，5-3-4、含锆保温层， 5-3-5、硅酸铝纤维毯，5-3-6、硅钼棒，5-3-7、炉膛，5-3-8、采样/输气孔，5-3-9、热电偶测孔；5-4、第二节炉体，5-5、第三节炉体，5-6、炉底盖；5-7、采样/输气枪，5-7-1、采样枪，5-7-2、输气枪，5-7-3、丝堵；
6、烟气处理系统；6-1、灰斗，6-2、高温旋风除尘器，6-3、水冷却器，6-4、低温布袋除尘器，6-5、引风机，T7、烟温传感器，T8、烟温传感器，T12、水冷却器温度传感器， T9、低温布袋除尘器进口烟温传感器，T10、低温布袋除尘器烟温传感器；
7、烟气采样及分析系统。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1所示，本发明提供了一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式测试装置，包括空气输送系统1、配风系统2、气体燃料输送系统3、固体燃料输送系统4、试验炉5、烟气处理系统6、烟气采样及分析系统7。
空气输送系统1包括空压机1-1、稳压表1-2、缓冲罐1-3。空压机1-1的出口与缓冲罐1-3的入口连接，空压机1-1的出口与缓冲罐1-3的入口之间的连接管路上设置有稳压表1-2。空气依次经空压机1-1、稳压表1-2后进入缓冲罐1-3，而后输送进入配风系统2。
配风系统2包括一次风、二次风及燃尽风输送及加热管路。缓冲罐1-3的出口分别与一次风、二次风及燃尽风输送及加热管路连接。
一次风输送及加热管路包括一次风流量调节阀2-1、一次风流量计2-4、一次风管路2-7、一次风加热器2-10、一次风加热电路开关K5、一次风预热热电偶T4、一次风转接阀2-13。缓冲罐1-3的出口通过输气软管与一次风流量计2-4的入口连接，并在连接管路上设置有一次风流量调节阀2-1；一次风流量计2-4的出口通过一次风管路2-7与一次风加热器2-10 的入口连接，一次风加热器2-10的出口通过一次风转接阀2-13与无级变速给粉搅拌机4-3 的上部粉口连接。其中，一次风加热器2-10的开/关由一次风加热电路开关K5控制，一次风预热热电偶T4安装于一次风加热器2-10，用于测量一次风预热实时温度。
二次风输送及加热管路包括二次风流量调节阀2-2、二次风流量计2-5、二次风管路2-8、二次风加热器2-11、二次风加热电路开关K6、二次风预热热电偶T5、二次风转接阀2-14。缓冲罐1-3的出口通过输气软管与二次风流量计2-5的入口连接，并在连接管路上设置有二次风流量调节阀2-2；二次风流量计2-5的出口通过二次风管路2-8与二次风加热器2-11 的入口连接，二次风加热器2-11的出口通过二次风转接阀2-14与燃烧器5-1的二次风外丝 5-1-6连接。其中，二次风加热器2-11的开/关由二次风加热电路开关K6控制，二次风预热热电偶T5安装于二次风加热器2-11，用于测量二次风预热实时温度。
燃尽风输送及加热管路包括燃尽风流量调节阀2-3、燃尽风流量计2-6、燃尽风管路2-9、燃尽风加热器2-12、燃尽风加热电路开关K7、燃尽风预热热电偶T6。缓冲罐1-3的出口通过输气软管与燃尽风流量计2-6的入口连接，并在连接管路上设置有燃尽风流量调节阀 2-3；燃尽风流量计2-6的出口通过燃尽风管路2-9与燃尽风加热器2-12的入口连接，燃尽风加热器2-12的出口通过输气软管与采样/输气枪5-7中输气枪5-7-2的入口相连接。其中，燃尽风加热器2-12的开/关由燃尽风加热电路开关K7控制，燃尽风预热热电偶T6安装于燃尽风加热器2-12，用于测量燃尽风预热实时温度。
本实施例中，一次风加热器2-10、二次风加热器2-11、燃尽风加热器2-12加热温度范围均为0～400℃。
气体燃料输送系统3包括气体碳氢燃料罐3-1、气体碳氢燃料流量调节阀3-2、气体碳氢燃料流量计3-3、气体碳氢燃料管路3-4、气体碳氢燃料稀释空气3-5、气体碳氢燃料混气罐3-6、氨气气体罐3-7、氨气流量调节阀3-8、氨气流量计3-9、氨气气体管路3-10、氨气气体稀释空气3-11、氨气气体混气罐3-12、气体燃料转接阀3-13。
气体碳氢燃料瓶3-1可以包括多组不同气体气瓶，满足不同配气需求。例如可以单一使用CH4气瓶，也可以同时使用CH4/CO/H2气瓶。
气体碳氢燃料罐3-1的出口通过气体碳氢燃料流量调节阀3-2与气体碳氢燃料流量计 3-3的入口连接，气体碳氢燃料流量计3-3的出口通过气体碳氢燃料管路3-4与气体碳氢燃料混气罐3-6的入口连接，气体碳氢燃料稀释空气3-5通入气体碳氢燃料混气罐3-6中与气体碳氢燃料混合，气体碳氢燃料混气罐3-6的出口连接气体燃料转接阀3-13的气体接口。在此基础上，气体碳氢燃料混气罐3-6的出口还可以连接采样/输气枪5-7的输气枪5-7-2 的入口。
氨气气体罐3-2的出口通过氨气气体流量调节阀3-8与氨气流量计3-9的入口连接，氨气流量计3-9的出口通过氨气管路3-10与氨气气体混气罐3-12的入口连接，氨气稀释空气3-11通入氨气气体混气罐3-12中与氨气混合，氨气气体混气罐3-12的出口连接气体燃料转接阀3-13的气体接口、二次风外丝5-1-6、采样/输气枪5-7中的一个、两个或三个。其中，氨气气体混气罐3-12的出口与二次风外丝5-1-6连接时，氨气气体混气罐3-12的出口通过输气软管连接三通，三通与二次风转接阀2-14和二次风外丝5-1-6分别连接。
其中，气体燃料转接阀3-13为三通结构，其上端口用于连接给粉管4-4的下端出口，其下端口用于连接燃烧器5-1的顶端入口，其气体接口可用于连接气体碳氢燃料混气罐3-6 的出口和/或氨气气体混气罐3-12的出口，也可连接堵头；根据不同工况和试验需求产生不同的连接情况。
可见，氨气可与一次风混合后送入炉膛5-3-7，也可与二次风混合后送入炉膛5-3-7，还可独立通过输气软管与任意测点的采样/输气枪5-7的输气枪5-7-2的入口相连，不限制连接个数。(例如，可以一部分的氨燃料从测点2进入，另一部分的氨燃料从测点7进入)。另外，由于采用输气软管连接方式，氨气投入方式较多，上述连接方式还可以按照实验需求随机组合。
气体碳氢燃料在与一次风混合后送入炉膛5-3-7的基础上，还可再通过输气软管与任意测点的采样/输气枪5-7的输气枪5-7-2的入口相连，不限制连接个数。
固体燃料输送系统4包括绞龙4-1、绞龙开关K3、粉仓4-2及无级变速给粉搅拌机4-3、无级变速给粉搅拌器开关K4、给粉管4-4、支架4-5。绞龙4-1垂直插入粉仓4-2中，粉仓 4-2、无级变速给粉搅拌机4-3、给粉管4-4，支架4-5由上到下依次连接，粉仓4-2的下端口与无级变速给粉搅拌机4-3的给粉口同轴设置并通过螺丝固定，无级变速给粉搅拌机4-3 的上部粉口与一次风转接阀2-13连接，无级变速给粉搅拌机4-3的下部粉口与给粉管4-4 的上端入口连接，给粉管4-4的下端出口通过短节与气体燃料转接阀3-13的上端口相连通。绞龙开关K3位于绞龙4-1上端机箱内，绞龙4-1用于将粉仓4-2内的颗粒搅动松散，经过无级变速给粉搅拌机4-3的搅拌送入给粉管4-4，经一次风裹挟送入燃烧器5-1。其中，绞龙4-1的开/关由绞龙开关K3控制，无级变速给粉搅拌机4-3的开/关由无级变速给粉搅拌器开关K4控制。
固体燃料输送系统4可供给不同的固体燃料颗粒，包括但不限于焦炭颗粒、煤粉颗粒等。
试验炉5由上至下依次包括燃烧器5-1、炉顶盖5-2、第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5、炉底盖5-6、采样/输气枪5-7。其中，燃烧器5-1贯穿炉顶盖5-2并探入第一节炉体5-3，第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5相互连通，炉底盖5-6 位于第三节炉体5-5下端。
如图2所示，燃烧器5-1包括安装法兰5-1-1、不锈钢圆环5-1-2、旋流片5-1-3、燃烧器一次风管5-1-5、燃烧器二次风管5-1-4、二次风外丝5-1-6。
燃烧器一次风管5-1-5与燃烧器二次风管5-1-4同轴线设置，燃烧器一次风管5-1-5套在燃烧器二次风管5-1-4内部。燃烧器一次风管5-1-5底端与燃烧器二次风管5-1-4底端齐平，并且燃烧器一次风管5-1-5顶端高于燃烧器二次风管5-1-4顶端。燃烧器二次风管5-1-4 顶端与燃烧器一次风管5-1-5之间通过不锈钢圆环5-1-2进行密封，避免燃烧器二次风管 5-1-4顶端漏气。不锈钢圆环5-1-2采用304不锈钢制成，其内缘和外缘分别与燃烧器一次风管5-1-5和燃烧器二次风管5-1-4焊接。旋流片5-1-3焊接于燃烧器一次风管5-1-5的底端外部，用于使燃料和空气在燃烧初期进行良好的混合。燃烧器一次风管5-1-5顶端与气体燃料转接阀3-13的下端口相连通。燃烧器二次风管5-1-4连接有二次风外丝5-1-6，并与二次风外丝5-1-6相连通。安装法兰5-1-1固定于燃烧器一次风管5-1-5外部，用于将燃烧器5-1与炉顶盖5-2固定连接。
如图3和图4所示，炉顶盖5-2设置于第一节炉体5-3顶部，一方面将试验炉5进行密封，另一方面用于固定支撑燃烧器5-1。炉顶盖5-2包括密封外壳5-2-1，密封外壳5-2-1 底部通过盖板法兰5-2-2与第一节炉体5-3顶部连接，密封外壳5-2-1内部为空腔，空腔中填满保温材料5-2-3。炉顶盖5-2的中心位置设置有中心开孔5-2-4，中心开孔5-2-4上下贯通于密封外壳5-2-1，用于使燃烧器5-1穿过。密封外壳5-2-1顶面中心设置有凸起缩口 5-2-5，燃烧器5-1通过安装法兰5-1-1与该凸起缩口5-2-5连接固定，从而保证燃烧器5-1 底端出口与炉膛5-3-7入口齐平，避免燃烧器5-1底端出口被炉膛5-3-7内高温烟气烧毁。
第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5构造完全相同，此处仅以第一节炉体5-3为例进行详细描述。
如图5至图7所示，第一节炉体5-3包括炉体钢壳5-3-1、炉体浇筑内胆5-3-2、炉底浇筑底座5-3-3、含锆保温层5-3-4、硅酸铝纤维毯5-3-5、硅钼棒5-3-6、炉膛5-3-7、采样 /输气孔5-3-8、热电偶测孔5-3-9。炉体钢壳5-3-1的中心位置设置为炉膛5-3-7，炉膛5-3-7为炉体浇筑内胆5-3-2所形成的管形空腔。炉体浇筑内胆5-3-2采用刚玉莫来石围绕炉膛模板进行浇筑、烧结而成，炉膛模板在炉体浇筑内胆5-3-2成型后拆除。炉体浇筑内胆5-3-2均匀分布地开设有三个相同的采样/输气孔5-3-8，采样/输气孔5-3-8由炉膛5-3-7贯通至炉体浇筑内胆5-3-2外部。每个采样/输气孔5-3-8形成一个测点，均安装有采样/输气枪5-7。根据材料的刚性需求，要求采样/输气孔5-3-8的开孔位置至少保证一定的间距，以70cm管段为例，其开孔数量以1～4个为宜。炉体浇筑内胆5-3-2双侧均匀分布16根硅钼棒5-3-6作为加热元件。硅钼棒5-3-6外围依次采用含锆保温层5-3-4、硅酸铝纤维毯5-5-5对炉体钢壳5-3-1内部空间进行填充，含锆保温层5-3-4和炉体浇筑内胆5-3-2之间留有空间。每根硅钼棒5-3-6两端部分均穿过含锆保温层5-3-4和硅酸铝纤维毯5-5-5，中间部分位于含锆保温层5-3-4和炉体浇筑内胆5-3-2之间的空间内，从而实现对炉膛5-3-7的均匀加热。热电偶测孔5-3-9由炉体钢壳5-3-1依次穿过硅酸铝纤维毯5-3-5及含锆保温层5-3-4，并与含锆保温层5-3-4和炉体浇筑内胆5-3-2之间的空间连通，用于测试硅钼棒5-3-6的加热温度。
采样/输气枪5-7包括采样枪5-7-1、输气枪5-7-2和丝堵5-7-3。输气枪5-7-2后端直接与采样/输气孔5-3-8在炉体钢壳5-3-1上的端口焊接并作为输气枪5-7-2的出口，输气枪 5-7-2的侧壁设置有入口(本实施例图中位于侧壁下部)。采样枪5-7-1同轴线设置在输气枪5-7-2内部，其外径小于输气枪5-7-2的内径。采样枪5-7-1一端在炉体外伸出于输气枪5-7-2的前端并作为出口，另一端延伸至采样/输气孔5-3-8内并作为入口。输气枪5-7-2的前端通过丝堵5-7-3与采样枪5-3-9-1拧紧。采样/输气枪5-7的设计能够保证采样和输气过程不破坏炉膛5-3-7的气密性，并能够实现灵活向炉膛5-3-7任意测点输送空气或者氨气，也能够对沿程组分进行采样。采样枪5-7-1的入口位置距离炉膛5-3-7约3～10cm，以保证抽气采样时不会大幅度破坏炉膛5-3-7流场；采样枪5-7-1的出口设置有阀门，并且可以通过软管连接烟气采样及分析系统7，可保证取样气体均为炉膛5-3-7真实的烟气组分。输气枪5-7-2的入口可以按需要通过软管与配风系统2或者气体燃料输送系统3相连，并在软管上设置有阀门。实验过程中，不需要输送空气的测点，将使用阀门关闭输气枪5-7-2入口和采样枪5-7-1的出口，保证炉膛5-3-7的气密性。
烟气处理系统6包括灰斗6-1、烟温传感器T7、高温旋风除尘器6-2、烟温传感器T8、水冷却器6-3、水冷却器温度传感器T12、低温布袋除尘器进口烟温传感器T9、低温布袋除尘器6-4、低温布袋除尘器烟温传感器T10，引风机6-5。灰斗6-1进口与炉膛5-3-7下部出口相连，灰斗6-1下部侧面开设有出口。灰斗6-1用于收集颗粒燃烧灰渣，防止飞灰和未燃尽碳与外部环境直接接触。灰斗6-1的出口连接高温旋风除尘器6-2的入口，高温旋风除尘器6-2的出口连接水冷却器6-3的入口，水冷却器6-3的出口连接低温布袋除尘器6-4的入口，低温布袋除尘器6-4的出口通过管道与引风机6-5的入口连接，所述引风机6-5的出口通过管道与大气相连通。烟温传感器T7设置在灰斗6-1与高温旋风除尘器 6-2之间的管路上。烟温传感器T8设置在高温旋风除尘器6-2与水冷却器6-3之间的管路上。水冷却器温度传感器T12设置在水冷却器6-3上。低温布袋除尘器进口烟温传感器T9 设置在水冷却器6-3和低温布袋除尘器6-4之间的管路上。低温布袋除尘器烟温传感器T10 设置在低温布袋除尘器6-4上。引风机6-5与低温布袋除尘器6-4之间连接的管道还可以用于连接烟气采样及分析系统7。
烟气采样及分析系统7可以包括采样软管、采样阀、水洗瓶、干燥剂、采样泵以及烟气分析仪等。
本发明还提供了一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试方法，基于上述测试装置进行，具体可针对纯煤粉燃烧工况、煤-氨混燃工况、气体碳氢燃料-煤-氨混燃工况、气体碳氢燃料-氨混燃工况、纯氨燃烧工况、纯气体碳氢燃料燃烧工况等多种燃烧工况。
(一)用于纯煤粉燃烧工况的燃烧特性及燃烧方式的测试方法，按照以下步骤进行：
(1)将固体燃料颗粒置于粉仓4-2内，调节无级变速给粉搅拌机4-3的频率，采样时间5min，对给粉量进行标定，根据实验给粉量调整给粉频率，关闭无级变速给粉搅拌机 4-3；
(2)利用输气软管将燃尽风加热器2-12的出口接入实验需求的燃尽风位置所对应的测点；
打开空压机1-1、一次风流量调节阀2-1、二次风流量调节阀2-2、燃尽风流量调节阀2-3，调整空气流量至实验工况；打开一次风加热器2-10、二次风加热器2-11、燃尽风加热器2-12，将空气预热到指定温度；
其中，一次风加热器2-10、二次风加热器2-11、燃尽风加热器2-12可由控制集成面板分别控制，温度范围为20～400℃。
(3)通过硅钼棒5-3-6，将第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5升温至各自的实验温度，且实时温度通过热电偶测量并显示在控制集成面板上。可将第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5加热至200～1700℃，三节炉体可分别加热至不同温度，可通过控制集成面板操作实现。
(4)打开引风机6-5，调整试验炉5处于微正压运行状态(+100Pa以内)，避免外部空气向炉膛5-3-7内渗漏导致流场紊乱对实验数据产生影响；
(5)打开无级变速给粉搅拌机4-3，固定质量流量的固体燃料由于一次风的携带自上而下进入试验炉5，逐渐与二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
(6)利用烟气采样及分析系统7对尾部烟气进行采样，数值在三分钟内上下波动不超过5％，视为燃烧稳定；其中，尾部烟气是指位于低温布袋除尘器6-4出口处的烟气。
燃烧稳定后，依次将测点1～测点9上安装的采样枪5-7-1出口通过输气软管与烟气采样及分析系统7，对测点1～测点9的烟气进行采样，并记录和保存气相监测数据；
(7)重复步骤(2)～步骤(6)，得到不同燃尽风位置对纯煤粉燃烧过程的影响；
(8)根据实验需求，通过一次风流量调节阀2-1、二次风流量调节阀2-2、燃尽风流量调节阀2-3调整一次风、二次风、燃尽风比例，重复步骤(4)～步骤(6)，得到配风比例对纯煤粉燃烧过程的影响；
(9)关闭无级变速给粉搅拌机4-3，空气吹扫5分钟，重复步骤(2)～(8)3～5次，对实验进行重复性验证；具体地，空气吹扫为一般为一次风流量不变，将二次风流量增大进行吹扫；
(10)关闭硅钼棒5-3-6加热，将试验炉5降低至室温，而后依次关闭空压机1-1和引风机6-5；拆除灰斗6-1，得到残余颗粒样品，将残余颗粒样品进行采样分析，得到燃尽率等关键参数。
(二)用于煤-氨混燃工况的燃烧特性及燃烧方式的测试方法，按照以下步骤进行：
(1)将固体燃料颗粒置于粉仓4-2内，调节无级变速给粉搅拌机4-3的频率，采样时间5min，对给粉量进行标定，根据实验给粉量调整给粉频率，关闭无级变速给粉搅拌机 4-3；
(2)利用输气软管将燃尽风加热器2-12的出口接入实验需求的燃尽风位置所对应的测点；
打开空压机1-1、一次风流量调节阀2-1、二次风流量调节阀2-2、燃尽风流量调节阀 2-3，调整空气流量至实验工况；打开一次风加热器2-10、二次风加热器2-11、燃尽风加热器2-12，将空气预热到指定温度；
其中，一次风加热器2-10、二次风加热器2-11、燃尽风加热器2-12可由控制集成面板分别控制，温度范围为20～400℃。
(3)通过硅钼棒5-3-6，将第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5升温至各自的实验温度，且实时温度通过热电偶测量并显示在控制集成面板上。可将第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5加热至200～1700℃，三节炉体可分别加热至不同温度，可通过控制集成面板操作实现。
(4)打开引风机6-5，调整试验炉5处于微正压运行状态(+100Pa以内)，避免外部空气向炉膛5-3-7内渗漏导致流场紊乱对实验数据产生影响；
(5)利用输气软管将氨气气体混气罐3-12的出口接入实验需求的气体燃料转接阀3-13的气体接口、二次风外丝5-1-6、采样/输气枪5-7的输气枪5-7-2的入口中的至少一个；打开氨气气体罐3-7，并向氨气气体混气罐3-12通入适量空气至氨气的指定浓度，利用氨气流量调节阀3-8和氨气流量计3-9将供氨量调整到实验所需工况；
打开无级变速给粉搅拌机4-3，固定质量流量的固体燃料或者煤-氨混合燃料由于一次风的携带自上而下进入试验炉5，逐渐与氨气、二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
(6)利用烟气采样及分析系统7对尾部烟气进行采样，数值在三分钟内上下波动不超过5％，视为燃烧稳定；其中，尾部烟气是指位于低温布袋除尘器6-4出口处的烟气；
燃烧稳定后，依次将测点1～测点9上安装的采样枪5-7-1出口通过输气软管与烟气采样及分析系统7，对测点1～测点9的烟气进行采样，并记录和保存气相监测数据；
(7)重复步骤(2)～步骤(6)，得到不同燃尽风位置、混氨位置、混氨比例对煤-氨混燃燃烧过程的影响；
(8)根据实验需求，通过一次风流量调节阀2-1、二次风流量调节阀2-2、燃尽风流量调节阀2-3调整一次风、二次风、燃尽风比例，重复步骤(4)～步骤(6)，得到配风比例对纯煤粉燃烧过程的影响；
(9)关闭无级变速给粉搅拌机4-3；关闭氨气气体罐3-7、氨气气体混气罐3-12、氨气流量调节阀3-8、氨气流量计3-9；空气吹扫5分钟，重复步骤(2)～(8)3～5次，对实验进行重复性验证；具体地，空气吹扫为一般为一次风流量不变，将二次风流量增大进行吹扫；
(10)关闭硅钼棒5-3-6加热，将试验炉5降低至室温，而后依次关闭空压机1-1和引风机6-5；拆除灰斗6-1，得到残余颗粒样品，将残余颗粒样品进行采样分析，得到燃尽率等关键参数。
(三)用于气体碳氢燃料-煤-氨混燃工况的燃烧特性及燃烧方式的测试方法，按照以下步骤进行：
(1)将固体燃料颗粒置于粉仓4-2内，调节无级变速给粉搅拌机4-3的频率，采样时间5min，对给粉量进行标定，根据实验给粉量调整给粉频率，关闭无级变速给粉搅拌机 4-3；
(2)利用输气软管将燃尽风加热器2-12的出口接入实验需求的燃尽风位置所对应的测点；
打开空压机1-1、一次风流量调节阀2-1、二次风流量调节阀2-2、燃尽风流量调节阀 2-3，调整空气流量至实验工况；打开一次风加热器2-10、二次风加热器2-11、燃尽风加热器2-12，将空气预热到指定温度；
其中，一次风加热器2-10、二次风加热器2-11、燃尽风加热器2-12可由控制集成面板分别控制，温度范围为20～400℃。
(3)通过硅钼棒5-3-6，将第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5升温至各自的实验温度，且实时温度通过热电偶测量并显示在控制集成面板上。可将第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5加热至200～1700℃，三节炉体可分别加热至不同温度，可通过控制集成面板操作实现。
(4)打开引风机6-5，调整试验炉5处于微正压运行状态(+100Pa以内)，避免外部空气向炉膛5-3-7内渗漏导致流场紊乱对实验数据产生影响；
(5)利用输气软管将氨气气体混气罐3-12的出口接入实验需求的气体燃料转接阀3-13的气体接口、二次风外丝5-1-6、采样/输气枪5-7的输气枪5-7-2的入口中的至少一个；打开氨气气体罐3-7，并向氨气气体混气罐3-12通入适量空气至氨气的指定浓度，利用氨气流量调节阀3-8和氨气流量计3-9将供氨量调整到实验所需工况；
利用输气软管将气体碳氢燃料混气罐3-6的出口接入实验需求的气体燃料转接阀3-13 的气体接口，或者接入气体燃料转接阀3-13的气体接口和采样/输气枪5-7的输气枪5-7-2 的入口；打开气体碳氢燃料体罐3-1，并向气体碳氢燃料混气罐3-6通入适量空气至气体碳氢燃料的指定浓度，利用气体碳氢燃料流量调节阀3-2和气体碳氢燃料流量计3-3将气体碳氢燃料供气量调整到实验所需工况；
打开无级变速给粉搅拌机4-3，气体碳氢燃料-煤混合燃料或气体碳氢燃料-煤-氨混合燃料由于一次风的携带自上而下进入试验炉5，逐渐与气体燃料、二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
(6)利用烟气采样及分析系统7对尾部烟气进行采样，数值在三分钟内上下波动不超过5％，视为燃烧稳定；其中，尾部烟气是指位于低温布袋除尘器6-4出口处的烟气。
燃烧稳定后，依次将测点1～测点9上安装的采样枪5-7-1出口通过输气软管与烟气采样及分析系统7，对测点1～测点9的烟气进行采样，并记录和保存气相监测数据；
(7)重复步骤(2)～步骤(6)，得到不同燃尽风位置、混氨位置、混氨比例、气体碳氢燃料投入位置、气体碳氢燃料投入比例等因素对煤-气体碳氢燃料-氨混燃燃烧过程的影响；
(8)根据实验需求，通过一次风流量调节阀2-1、二次风流量调节阀2-2、燃尽风流量调节阀2-3调整一次风、二次风、燃尽风比例，重复步骤(4)～步骤(6)，得到配风比例对气体碳氢燃料-煤-氨混燃燃烧过程的影响；
(9)关闭无级变速给粉搅拌机4-3；关闭氨气气体罐3-7、氨气气体混气罐3-12、氨气流量调节阀3-8、氨气流量计3-9；关闭气体碳氢燃料罐3-1、气体碳氢燃料混气罐3-6、气体碳氢燃料流量调节阀3-2、气体碳氢燃料流量计3-3；空气吹扫5分钟，重复步骤(2) ～(8)3～5次，对实验进行重复性验证；具体地，空气吹扫为一般为一次风流量不变，将二次风流量增大进行吹扫；
(10)关闭硅钼棒5-3-6加热，将试验炉5降低至室温，而后依次关闭空压机1-1和引风机6-5；拆除灰斗6-1，得到残余颗粒样品，将残余颗粒样品进行采样分析，得到燃尽率等关键参数。
(四)用于气体碳氢燃料-氨混燃工况的燃烧特性及燃烧方式的测试方法，按照以下步骤进行：
(1)利用输气软管将燃尽风加热器2-12的出口接入实验需求的燃尽风位置所对应的测点；
打开空压机1-1、一次风流量调节阀2-1、二次风流量调节阀2-2、燃尽风流量调节阀 2-3，调整空气流量至实验工况；打开一次风加热器2-10、二次风加热器2-11、燃尽风加热器2-12，将空气预热到指定温度；
其中，一次风加热器2-10、二次风加热器2-11、燃尽风加热器2-12可由控制集成面板分别控制，温度范围为20～400℃。
(2)通过硅钼棒5-3-6，将第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5升温至各自的实验温度，且实时温度通过热电偶测量并显示在控制集成面板上。可将第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5加热至200～1700℃，三节炉体可分别加热至不同温度，可通过控制集成面板操作实现。
(3)打开引风机6-5，调整试验炉5处于微正压运行状态(+100Pa以内)，避免外部空气向炉膛5-3-7内渗漏导致流场紊乱对实验数据产生影响；
(4)利用输气软管将氨气气体混气罐3-12的出口接入实验需求的气体燃料转接阀3-13的气体接口、二次风外丝5-1-6、采样/输气枪5-7的输气枪5-7-2的入口中的至少一个；打开氨气气体罐3-7，并向氨气气体混气罐3-12通入适量空气至氨气的指定浓度，利用氨气流量调节阀3-8和氨气流量计3-9将供氨量调整到实验所需工况；利用输气软管将气体碳氢燃料混气罐3-6的出口接入实验需求的气体燃料转接阀3-13的气体接口，或者接入气体燃料转接阀3-13的气体接口和采样/输气枪5-7的输气枪5-7-2的入口；打开气体碳氢燃料罐3-1，并向气体碳氢燃料混气罐3-6通入适量空气至气体碳氢燃料的指定浓度，利用气体碳氢燃料流量调节阀3-2和气体碳氢燃料流量计3-3将气体碳氢燃料供气量调整到实验所需工况；气体碳氢燃料或者气体碳氢-氨混合燃料由于一次风的携带自上而下进入试验炉 5，逐渐与气体燃料、二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
(5)利用烟气采样及分析系统7对尾部烟气进行采样，数值在三分钟内上下波动不超过5％，视为燃烧稳定；其中，尾部烟气是指位于低温布袋除尘器6-4出口处的烟气。
燃烧稳定后，依次将测点1～测点9上安装的采样枪5-7-1出口通过输气软管与烟气采样及分析系统7，对测点1～测点9的烟气进行采样，并记录和保存气相监测数据；
(6)重复步骤(2)～步骤(5)，得到不同燃尽风位置、混氨位置、混氨比例、气体碳氢燃料投入位置、气体碳氢燃料投入比例对气体碳氢燃料-氨混燃燃烧过程的影响；
(7)根据实验需求，通过一次风流量调节阀2-1、二次风流量调节阀2-2、燃尽风流量调节阀2-3调整一次风、二次风、燃尽风比例，重复步骤(4)～步骤(5)，得到配风比例对气体碳氢燃料-氨混燃燃烧过程的影响；
(8)关闭氨气气体罐3-7、氨气气体混气罐3-12、氨气流量调节阀3-8、氨气流量计3-9；关闭气体碳氢燃料罐3-1、气体碳氢燃料混气罐3-6、气体碳氢燃料流量调节阀3-2、气体碳氢燃料流量计3-3；空气吹扫5分钟，重复步骤(2)～(7)3～5次，对实验进行重复性验证；具体地，空气吹扫为一般为一次风流量不变，将二次风流量增大进行吹扫；
(9)关闭硅钼棒5-3-6加热，将试验炉5降低至室温，而后依次关闭空压机1-1和引风机6-5。
(五)用于纯氨燃烧工况的燃烧特性及燃烧方式的测试方法，按照以下步骤进行：
(1)利用输气软管将燃尽风加热器2-12的出口接入实验需求的燃尽风位置所对应的测点；
打开空压机1-1、一次风流量调节阀2-1、二次风流量调节阀2-2、燃尽风流量调节阀 2-3，调整空气流量至实验工况；打开一次风加热器2-10、二次风加热器2-11、燃尽风加热器2-12，将空气预热到指定温度；
其中，一次风加热器2-10、二次风加热器2-11、燃尽风加热器2-12可由控制集成面板分别控制，温度范围为20～400℃。
(2)通过硅钼棒5-3-6，将第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5升温至各自的实验温度，且实时温度通过热电偶测量并显示在控制集成面板上。可将第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5加热至200～1700℃，三节炉体可分别加热至不同温度，可通过控制集成面板操作实现。
(3)打开引风机6-5，调整试验炉5处于微正压运行状态(+100Pa以内)，避免外部空气向炉膛5-3-7内渗漏导致流场紊乱对实验数据产生影响；
(4)利用输气软管将氨气气体混气罐3-12的出口接入气体燃料转接阀3-13的气体接口，或者在接入气体燃料转接阀3-13的气体接口的同时接入二次风外丝5-1-6和/或采样/ 输气枪5-7的输气枪5-7-2的入口；打开氨气气体罐3-7，并向氨气气体混气罐3-12通入适量空气至氨气的指定浓度，利用氨气流量调节阀3-8和氨气流量计3-9将供氨量调整到实验所需工况；氨气燃料由于一次风的携带自上而下进入试验炉5，逐渐与氨气、二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
(5)利用烟气采样及分析系统7对尾部烟气进行采样，数值在三分钟内上下波动不超过5％，视为燃烧稳定；其中，尾部烟气是指位于低温布袋除尘器6-4出口处的烟气。
燃烧稳定后，依次将测点1～测点9上安装的采样枪5-7-1出口通过输气软管与烟气采样及分析系统7，对测点1～测点9的烟气进行采样，并记录和保存气相监测数据；
(6)重复步骤(2)～步骤(5)，得到不同燃尽风位置、混氨位置、混氨比例对纯氨燃烧工况燃烧过程的影响；
(7)根据实验需求，通过一次风流量调节阀2-1、二次风流量调节阀2-2、燃尽风流量调节阀2-3调整一次风、二次风、燃尽风比例，重复步骤(4)～步骤(5)，得到配风比例对纯氨燃烧工况燃烧过程的影响；
(8)关闭氨气气体罐3-7、氨气气体混气罐3-12、氨气流量调节阀3-8、氨气流量计3-9；关闭气体碳氢燃料罐3-1、气体碳氢燃料混气罐3-6、气体碳氢燃料流量调节阀3-2、气体碳氢燃料流量计3-3；空气吹扫5分钟，重复步骤(2)～(7)3～5次，对实验进行重复性验证；具体地，空气吹扫为一般为一次风流量不变，将二次风流量增大进行吹扫；
(9)关闭硅钼棒5-3-6加热，将试验炉5降低至室温，而后依次关闭空压机1-1和引风机6-5。
(六)用于纯气体碳氢燃料燃烧工况的燃烧特性及燃烧方式的测试方法，按照以下步骤进行：
(1)利用输气软管将燃尽风加热器2-12的出口接入实验需求的燃尽风位置所对应的测点；
打开空压机1-1、一次风流量调节阀2-1、二次风流量调节阀2-2、燃尽风流量调节阀 2-3，调整空气流量至实验工况；打开一次风加热器2-10、二次风加热器2-11、燃尽风加热器2-12，将空气预热到指定温度；
其中，一次风加热器2-10、二次风加热器2-11、燃尽风加热器2-12可由控制集成面板分别控制，温度范围为20～400℃。
(2)通过硅钼棒5-3-6，将第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5升温至各自的实验温度，且实时温度通过热电偶测量并显示在控制集成面板上。可将第一节炉体5-3、第二节炉体5-4、第三节炉体5-5加热至200～1700℃，三节炉体可分别加热至不同温度，可通过控制集成面板操作实现。
(3)打开引风机6-5，调整试验炉5处于微正压运行状态(+100Pa以内)，避免外部空气向炉膛5-3-7内渗漏导致流场紊乱对实验数据产生影响；
(4)利用输气软管将气体碳氢燃料混气罐3-6的出口接入实验需求的气体燃料转接阀 3-13的气体接口，或者接入气体燃料转接阀3-13的气体接口和采样/输气枪5-7的输气枪 5-7-2的入口；打开气体碳氢燃料罐3-1，并向气体碳氢燃料混气罐3-6通入适量空气至气体碳氢燃料的指定浓度，利用气体碳氢燃料流量调节阀3-2和气体碳氢燃料流量计3-3将气体碳氢燃料供气量调整到实验所需工况；气体碳氢燃料由于一次风的携带自上而下进入试验炉5，逐渐与气体碳氢燃料、二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
(5)利用烟气采样及分析系统7对尾部烟气进行采样，数值在三分钟内上下波动不超过5％，视为燃烧稳定；其中，尾部烟气是指位于低温布袋除尘器6-4出口处的烟气。
燃烧稳定后，依次将测点1～测点9上安装的采样枪5-7-1出口通过输气软管与烟气采样及分析系统7，对测点1～测点9的烟气进行采样，并记录和保存气相监测数据；
(6)重复步骤(2)～步骤(5)，得到不同燃尽风位置对气体碳氢燃料燃烧过程的影响；
(7)根据实验需求，通过一次风流量调节阀2-1、二次风流量调节阀2-2、燃尽风流量调节阀2-3调整一次风、二次风、燃尽风比例，重复步骤(4)～步骤(5)，得到配风比例对气体碳氢燃料燃烧过程的影响；
(8)关闭气体碳氢燃料罐3-1、气体碳氢燃料混气罐3-6、气体碳氢燃料流量调节阀3-2、气体碳氢燃料流量计3-3；空气吹扫5分钟，重复步骤(2)～(7)3～5次，对实验进行重复性验证；具体地，空气吹扫为一般为一次风流量不变，将二次风流量增大进行吹扫；
(9)关闭硅钼棒5-3-6加热，将试验炉5降低至室温，而后依次关闭空压机1-1和引风机6-5。
通过本发明的用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式测试装置，首次实现了在一维炉中进行高密度沿程烟气组分采样及分析；首次满足了投氨位置、燃尽风位置的灵活变化，使实验台实验更加接近火电机组燃烧本身进程，而并非仅仅依赖于配气进行。
通过本发明的用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式测试装置，可进行不同混氨比例、混氨方式、喷氨位置、二次风比例、燃尽风比例及位置、当量比等因素对混氨燃烧的燃烧特性及污染物排放特性的影响的实验，对混氨燃烧NO生成机理进行深入研究。并可与数值模拟与机理研究结合，研究混氨比例、混氨方式以喷氨位置、当量比等参数对NH3和NO 转化路径的影响，对比不同参数下混氨燃烧的NO排放与NH3滑移，评估适用于混氨燃烧的详细氮反应机理，建立详细的NO生成路径，并据此研究和提出抑制NO生成的方法及混氨燃烧优化方案，在小尺度实验台上进行验证。
另外，在本发明的技术构思下，可以不局限于氨煤混燃，还能够扩展至简化模拟真实燃煤锅炉中的不同燃料间的混合燃烧过程，实现燃料投入位置与比例、燃料混合方式、配风比例等重要参数的灵活调整，并可以实时监测沿程烟气成分变化情况，探寻最佳的燃料混燃方式与污染物控制方法。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试装置，其特征在于，包括空气输送系统(1)、配风系统(2)、气体燃料输送系统(3)、固体燃料输送系统(4)、试验炉(5)、烟气处理系统(6)、烟气采样及分析系统(7)；
所述配风系统(2)包括一次风输送及加热管路、二次风输送及加热管路和燃尽风输送及加热管路；所述一次风输送及加热管路的入口、所述二次风输送及加热管路的入口、所述燃尽风输送及加热管路的入口均与所述空气输送系统(1)连接；所述一次风输送及加热管路的出口与所述固体燃料输送系统(4)连接，所述二次风输送及加热管路的出口与燃烧器(5-1)的二次风外丝(5-1-6)连接，所述燃尽风输送及加热管路的出口通过输气软管与测点的采样/输气枪(5-7)连接；
所述气体燃料输送系统(3)包括气体碳氢燃料罐(3-1)、气体碳氢燃料流量调节阀(3-2)、气体碳氢燃料流量计(3-3)、气体碳氢燃料管路(3-4)、气体碳氢燃料混气罐(3-6)、氨气气体罐(3-7)、氨气流量调节阀(3-8)、氨气流量计(3-9)、氨气气体管路(3-10)、氨气气体混气罐(3-12)、气体燃料转接阀(3-13)；
所述气体碳氢燃料罐(3-1)的出口通过所述气体碳氢燃料流量调节阀(3-2)与所述气体碳氢燃料流量计(3-3)的入口连接，所述气体碳氢燃料流量计(3-3)的出口通过所述气体碳氢燃料管路(3-4)与所述气体碳氢燃料混气罐(3-6)的入口连接，所述气体碳氢燃料混气罐(3-6)用于通入气体碳氢燃料稀释空气(3-5)与气体碳氢燃料混合，所述气体碳氢燃料混气罐(3-6)的出口与所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口连接，或者与所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口和所述采样/输气枪(5-7)连接；
所述氨气气体罐(3-2)的出口通过所述氨气流量调节阀(3-8)与所述氨气流量计(3-9)的入口连接，所述氨气流量计(3-9)的出口通过氨气管路(3-10)与所述氨气气体混气罐(3-12)的入口连接，所述氨气气体混气罐(3-12)用于通入氨气稀释空气(3-11)与氨气混合，所述氨气气体混气罐(3-12)的出口与所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口、所述二次风外丝(5-1-6)、所述采样/输气枪(5-7)中的至少一个连接；
所述气体燃料转接阀(3-13)为上端口、下端口和气体接口构成的三通结构，其上端口与所述固体燃料输送系统(4)的出口连接，其下端口用于与所述燃烧器(5-1)的顶端入口连接；
所述固体燃料输送系统(4)用于向所述试验炉(5)供给不同的固体燃料颗粒；
所述试验炉(5)由上至下依次包括所述燃烧器(5-1)、炉顶盖(5-2)、第一节炉体(5-3)、第二节炉体(5-4)、第三节炉体(5-5)、炉底盖(5-6)、所述采样/输气枪(5-7)；所述燃烧器(5-1)固定安装于所述炉顶盖(5-2)并探入所述第一节炉体(5-3)，所述第一节炉体(5-3)、所述第二节炉体(5-4)、所述第三节炉体(5-5)相互连通；
所述燃烧器(5-1)包括燃烧器一次风管(5-1-5)和燃烧器二次风管(5-1-4)；所述燃烧器一次风管(5-1-5)同轴设置在所述燃烧器二次风管(5-1-4)内部，所述燃烧器一次风管(5-1-5)底端与所述燃烧器二次风管(5-1-4)底端齐平，所述燃烧器一次风管(5-1-5)顶端高于所述燃烧器二次风管(5-1-4)顶端，且所述燃烧器二次风管(5-1-4)顶端与所述燃烧器一次风管(5-1-5)之间通过不锈钢圆环(5-1-2)进行密封；所述燃烧器一次风管(5-1-5)外部固定有安装法兰(5-1-1)，所述安装法兰(5-1-1)用于将所述燃烧器(5-1)固定于所述炉顶盖(5-2)；所述燃烧器一次风管(5-1-5)顶端与所述气体燃料转接阀(3-13)的下端口相连通；所述燃烧器二次风管(5-1-4)连接有所述二次风外丝(5-1-6)；
所述第一节炉体(5-3)、所述第二节炉体(5-4)、所述第三节炉体(5-5)构造完全相同，均包括炉体钢壳(5-3-1)、炉体浇筑内胆(5-3-2)、炉底浇筑底座(5-3-3)、含锆保温层(5-3-4)、硅酸铝纤维毯(5-3-5)、硅钼棒(5-3-6)、炉膛(5-3-7)、采样/输气孔(5-3-8)、热电偶测孔(5-3-9)；所述炉膛(5-3-7)沿所述炉体钢壳(5-3-1)的轴线设置，并由刚玉莫来石的所述炉体浇筑内胆(5-3-2)形成；所述炉体浇筑内胆(5-3-2)均匀分布地开设1-4个相同的所述采样/输气孔(5-3-8)，每个所述采样/输气孔(5-3-8)均安装所述采样/输气枪(5-7)，并作为一个测点；所述炉体浇筑内胆(5-3-2)双侧均匀分布所述硅钼棒(5-3-6)作为加热元件；所述硅钼棒(5-3-6)外围依次采用所述含锆保温层(5-3-4)、所述硅酸铝纤维毯(5-3-5)对所述炉体钢壳(5-3-1)内部空间进行填充，所述含锆保温层(5-3-4)和所述炉体浇筑内胆(5-3-2)之间留有空间用于所述硅钼棒(5-3-6)的均匀加热；热电偶测孔(5-3-9)用于测试所述硅钼棒(5-3-6)的加热温度；
所述烟气处理系统(6)的入口与所述炉膛(5-3-7)的下部出口相连；所述烟气采样及分析系统(7)与所述烟气处理系统(6)的出口连接和/或与测点的所述采样/输气枪(5-7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试装置，其特征在于，所述空气输送系统(1)包括空压机(1-1)、稳压表(1-2)、缓冲罐(1-3)；所述空压机(1-1)的出口与所述缓冲罐(1-3)的入口连接，所述稳压表(1-2)设置在所述空压机(1-1)与所述缓冲罐(1-3)之间的连接管路上；所述缓冲罐(1-3)的出口分别与一次风输送及加热管路、二次风输送及加热管路和燃尽风输送及加热管连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试装置，其特征在于，所述配风系统(2)中：
所述一次风输送及加热管路包括一次风流量调节阀(2-1)、一次风流量计(2-4)、一次风管路(2-7)、一次风加热器(2-10)、一次风加热电路开关(K5)、一次风预热热电偶(T4)、一次风转接阀(2-13)；所述一次风流量计(2-4)的入口与所述空气输送系统(1)的出口连接，并在连接管路上设置所述一次风流量调节阀(2-1)；所述一次风流量计(2-4)的出口通过所述一次风管路(2-7)与所述一次风加热器(2-10)的入口连接，所述一次风加热器(2-10)的出口通过所述一次风转接阀(2-13)与所述固体燃料输送系统(4)连接；其中，所述一次风加热器(2-10)的开/关由所述一次风加热电路开关(K5)控制，所述一次风预热热电偶(T4)安装于所述一次风加热器(2-10)，用于测量一次风预热实时温度；
所述二次风输送及加热管路包括二次风流量调节阀(2-2)、二次风流量计(2-5)、二次风管路(2-8)、二次风加热器(2-11)、二次风加热电路开关(K6)、二次风预热热电偶(T5)、二次风转接阀(2-14)；所述二次风流量计(2-5)的入口与所述空气输送系统(1)的出口连接，并在连接管路上设置所述二次风流量调节阀(2-2)；所述二次风流量计(2-5)的出口通过所述二次风管路(2-8)与所述二次风加热器(2-11)的入口连接，所述二次风加热器(2-11)的出口通过所述二次风转接阀(2-14)与所述燃烧器(5-1)的二次风外丝(5-1-6)连接；其中，所述二次风加热器(2-11)的开/关由所述二次风加热电路开关(K6)控制，所述二次风预热热电偶(T5)安装于所述二次风加热器(2-11)，用于测量二次风预热实时温度；
所述燃尽风输送及加热管路包括燃尽风流量调节阀(2-3)、燃尽风流量计(2-6)、燃尽风管路(2-9)、燃尽风加热器(2-12)、燃尽风加热电路开关(K7)、燃尽风预热热电偶(T6)；所述燃尽风流量计(2-6)与所述空气输送系统(1)的出口连接，并在连接管路上设置所述燃尽风流量调节阀(2-3)；所述燃尽风流量计(2-6)的出口通过所述燃尽风管路(2-9)与所述燃尽风加热器(2-12)的入口连接，所述燃尽风加热器(2-12)的出口通过输气软管与测点的所述采样/输气枪5-7连接；其中，所述燃尽风加热器(2-12)的开/关由所述燃尽风加热电路开关(K7)控制，所述燃尽风预热热电偶(T6)安装于所述燃尽风加热器(2-12)，用于测量燃尽风预热实时温度。
4.根据权利要求1所述的一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试装置，其特征在于，所述固体燃料输送系统(4)包括绞龙(4-1)、粉仓(4-2)、无级变速给粉搅拌机(4-3)、给粉管(4-4)、支架(4-5)；所述绞龙(4-1)垂直插入所述粉仓(4-2)中，所述粉仓(4-2)、所述无级变速给粉搅拌机(4-3)、所述给粉管(4-4)，所述支架(4-5)由上到下依次连接；所述无级变速给粉搅拌机(4-3)的上部粉口与所述一次风输送及加热管路的出口连接，所述无级变速给粉搅拌机(4-3)的下部粉口与所述给粉管(4-4)的上端入口连接，所述给粉管(4-4)的下端出口与所述气体燃料转接阀(3-13)的上端口相连通。
5.根据权利要求1所述的一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试装置，其特征在于，所述炉顶盖(5-2)包括密封外壳(5-2-1)，所述密封外壳(5-2-1)底部通过盖板法兰(5-2-2)与所述第一节炉体(5-3)顶部连接；所述密封外壳(5-2-1)内部为空腔且填满保温材料(5-2-3)；所述密封外壳(5-2-1)设置有上下贯通的中心开孔(5-2-4)，所述中心开孔(5-2-4)用于穿过所述燃烧器(5-1)穿过；所述密封外壳(5-2-1)顶面中心设置有凸起缩口(5-2-5)，所述凸起缩口(5-2-5)用于连接所述安装法兰(5-1-1)。
6.根据权利要求1所述的一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试装置，其特征在于，所述采样/输气枪(5-7)包括采样枪(5-7-1)、输气枪(5-7-2)和丝堵(5-7-3)；所述输气枪(5-7-2)后端与所述采样/输气孔(5-3-8)在炉体钢壳(5-3-1)上的端口焊接并作为所述输气枪(5-7-2)的出口，所述输气枪(5-7-2)的侧壁设置有入口；所述采样枪(5-7-1)同轴线设置在输气枪(5-7-2)内部，且其外径小于所述输气枪(5-7-2)的内径；所述采样枪(5-7-1)一端伸出于所述输气枪(5-7-2)的前端并作为出口，另一端延伸至所述采样/输气孔(5-3-8)内并作为入口；所述输气枪(5-7-2)的前端通过所述丝堵(5-7-3)与所述采样枪(5-7-1)拧紧；所述输气枪(5-7-2)的入口和所述采样枪(5-7-1)的出口均设置有阀门。
7.根据权利要求1所述的一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试装置，其特征在于，所述烟气处理系统(6)包括灰斗(6-1)、烟温传感器(T7)、高温旋风除尘器(6-2)、烟温传感器(T8)、水冷却器(6-3)、水冷却器温度传感器(T12)、低温布袋除尘器进口烟温传感器(T9)、低温布袋除尘器(6-4)、低温布袋除尘器烟温传感器(T10)，引风机(6-5)；所述灰斗(6-1)的进口与所述炉膛(5-3-7)的下部出口相连，所述灰斗(6-1)的出口与所述高温旋风除尘器(6-2)的入口连接，所述高温旋风除尘器(6-2)的出口与所述水冷却器(6-3)的入口连接，所述水冷却器(6-3)的出口与所述低温布袋除尘器(6-4)的入口连接，所述低温布袋除尘器(6-4)的出口通过管道与所述引风机(6-5)的入口连接；所述烟温传感器(T7)设置在所述灰斗(6-1)与所述高温旋风除尘器(6-2)之间的管路上；所述烟温传感器(T8)设置在所述高温旋风除尘器(6-2)与所述水冷却器(6-3)之间的管路上；所述水冷却器温度传感器(T12)设置在所述水冷却器(6-3)上；所述低温布袋除尘器进口烟温传感器(T9)设置在所述水冷却器(6-3)和所述低温布袋除尘器(6-4)之间的管路上；所述低温布袋除尘器烟温传感器(T10)设置在所述低温布袋除尘器(6-4)上；所述低温布袋除尘器(6-4)与所述引风机(6-5)之间的管路用于连接所述烟气采样及分析系统(7)。
8.一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-7中任一项所述的用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试装置进行；用于纯煤粉燃烧工况、煤-氨混燃工况、气体碳氢燃料-煤-氨混燃工况；包括如下步骤：
(1)将固体燃料颗粒置于所述固体燃料输送系统(4)，根据实验给粉量调整给粉频率后，关闭所述固体燃料输送系统(4)；
(2)将所述燃尽风输送及加热管路的出口通过输气软管接入实验需求的燃尽风位置所对应的测点；
打开所述空气输送系统(1)和所述配风系统(2)，根据试验需求调整一次风、二次风和燃尽风的流量和温度；
(3)将所述第一节炉体(5-3)、所述第二节炉体(5-4)、所述第三节炉体(5-5)升温至各自的实验温度；
(4)通过所述烟气处理系统(6)调整所述试验炉(5)处于微正压运行状态；
(5)根据不同工况采取不同操作如下：
纯煤粉燃烧工况下：打开所述固体燃料输送系统(4)，固定质量流量的固体燃料由于一次风的携带自上而下进入所述试验炉(5)，逐渐与二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
煤-氨混燃工况下：利用输气软管将所述氨气气体混气罐(3-12)的出口接入实验需求的所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口、所述二次风外丝(5-1-6)、所述采样/输气枪(5-7)中的至少一个；打开所述氨气气体罐(3-7)并按照实验需要调节氨气浓度和氨气流量；打开所述固体燃料输送系统(4)，燃料由于一次风的携带自上而下进入所述试验炉(5)，逐渐与二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
气体碳氢燃料-煤-氨混燃工况下：利用输气软管将所述氨气气体混气罐(3-12)的出口接入实验需求的所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口、所述二次风外丝(5-1-6)、所述采样/输气枪(5-7)中的至少一个；打开所述氨气气体罐(3-7)并按照实验需要调节氨气浓度和氨气流量；利用输气软管将所述气体碳氢燃料混气罐(3-6)的出口接入实验需求的气体燃料转接阀(3-13)的气体接口，或者所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口和所述采样/输气枪(5-7)；打开所述气体碳氢燃料罐(3-1)并按照实验需要调节气体碳氢燃料浓度和气体碳氢燃料流量；打开所述固体燃料输送系统(4)，燃料由于一次风的携带自上而下进入所述试验炉(5)，逐渐与二次风、气体燃料、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
(6)利用所述烟气采样及分析系统(7)对尾部烟气进行采样，燃烧稳定后按照由上到下的顺序将各个测点安装的所述采样/输气枪(5-7)通过输气软管与烟气采样及分析系统连接，对各个测点的烟气进行采样，并记录和保存气相监测数据；
(7)重复步骤(2)～步骤(6)；
纯煤粉燃烧工况下：得到不同燃尽风位置对燃烧过程的影响；
煤-氨混燃工况下：得到不同燃尽风位置、混氨位置、混氨比例对燃烧过程的影响；
气体碳氢燃料-煤-氨混燃工况下：得到不同燃尽风位置、混氨位置、混氨比例、气体碳氢燃料位置、气体碳氢燃料比例对燃烧过程的影响；
(8)根据实验需求调整一次风、二次风、燃尽风比例，重复步骤(4)～步骤(6)，得到配风比例对燃烧过程的影响；
(9)关闭所述固体燃料输送系统(4)，并根据不同工况关闭所述气体燃料输送系统(3)；空气吹扫后多次重复步骤(2)～(8)，以对实验进行重复性验证；
(10)将所述试验炉(5)降低至室温后，而后依次关闭所述空气输送系统(1)和所述烟气处理系统(6)；拆除所述烟气处理系统(6)中的灰斗(6-1)，对残余颗粒样品进行采样分析。
9.一种用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-7中任一项所述的用于混氨燃料燃烧特性及燃烧方式的测试装置进行；用于气体碳氢燃料-氨混燃工况、纯氨燃烧工况、纯气体碳氢燃料燃烧工况；包括如下步骤：
(1)将所述燃尽风输送及加热管路的出口通过输气软管接入实验需求的燃尽风位置所对应的测点；
打开所述空气输送系统(1)和所述配风系统(2)，根据试验需求调整一次风、二次风和燃尽风的流量和温度；
(2)将所述第一节炉体(5-3)、所述第二节炉体(5-4)、所述第三节炉体(5-5)升温至各自的实验温度；
(3)通过所述烟气处理系统(6)调整所述试验炉(5)处于微正压运行状态；
(4)根据不同工况采取不同操作如下：
气体碳氢燃料-氨混燃工况下：利用输气软管将所述氨气气体混气罐(3-12)的出口接入实验需求的所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口、所述二次风外丝(5-1-6)、所述采样/输气枪(5-7)中的至少一个；打开所述氨气气体罐(3-7)并按照实验需要调节氨气浓度和氨气流量；利用输气软管将所述气体碳氢燃料混气罐(3-6)的出口接入实验需求的气体燃料转接阀(3-13)的气体接口，或者所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口和所述采样/输气枪(5-7)；打开所述气体碳氢燃料罐(3-1)并按照实验需要调节气体碳氢燃料浓度和气体碳氢燃料流量；燃料由于一次风的携带自上而下进入所述试验炉(5)，逐渐与二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
纯氨燃烧工况下：利用输气软管将所述氨气气体混气罐(3-12)的出口接入实验需求的所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口，或者在接入所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口的同时接入所述二次风外丝(5-1-6)和/或所述采样/输气枪5-7的输气枪(5-7-2)的入口；打开所述氨气气体罐(3-7)并按照实验需要调节氨气浓度和氨气流量；燃料由于一次风的携带自上而下进入所述试验炉(5)，逐渐与二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
纯气体碳氢燃料燃烧工况下：利用输气软管将所述气体碳氢燃料混气罐(3-6)的出口接入实验需求的气体燃料转接阀(3-13)的气体接口，或者接入所述气体燃料转接阀(3-13)的气体接口和所述采样/输气枪(5-7)；打开所述气体碳氢燃料罐(3-1)并按照实验需要调节气体碳氢燃料浓度和气体碳氢燃料流量；燃料由于一次风的携带自上而下进入所述试验炉(5)，逐渐与二次风、燃尽风汇合，并发生化学转化过程；
(5)利用所述烟气采样及分析系统(7)对尾部烟气进行采样，燃烧稳定后按照由上到下的顺序将各个测点安装的所述采样/输气枪(5-7)通过输气软管与烟气采样及分析系统连接，对各个测点的烟气进行采样，并记录和保存气相监测数据；
(6)重复步骤(2)～步骤(5)；
气体碳氢燃料-氨混燃工况下：得到不同燃尽风位置、混氨位置、混氨比例、气体碳氢燃料位置、气体碳氢燃料比例对燃烧过程的影响；
纯氨燃烧工况下：得到不同燃尽风位置、混氨位置、混氨比例对燃烧过程的影响；
纯气体碳氢燃料燃烧工况下：得到不同燃尽风位置、气体碳氢燃料位置、气体碳氢燃料比例对燃烧过程的影响；
(7)根据实验需求调整一次风、二次风、燃尽风比例，重复步骤(4)～步骤(5)，得到配风比例对燃烧过程的影响；
(8)根据不同工况关闭所述气体燃料输送系统(3)；空气吹扫后多次重复步骤(2)～(7)，以对实验进行重复性验证；
(9)将所述试验炉(5)降低至室温后，而后依次关闭所述空气输送系统(1)和所述烟气处理系统(6)。
10.一种试验炉炉体，其特征在于，包括炉体钢壳(5-3-1)、炉体浇筑内胆(5-3-2)、炉底浇筑底座(5-3-3)、含锆保温层(5-3-4)、硅酸铝纤维毯(5-3-5)、硅钼棒(5-3-6)、炉膛(5-3-7)、采样/输气孔(5-3-8)；所述炉膛(5-3-7)沿所述炉体钢壳(5-3-1)的轴线设置，并由刚玉莫来石的所述炉体浇筑内胆(5-3-2)形成；所述炉体浇筑内胆(5-3-2)均匀分布地开设1-4个相同的所述采样/输气孔(5-3-8)，每个所述采样/输气孔(5-3-8)均安装采样/输气枪(5-7)，并作为一个测点；所述炉体浇筑内胆(5-3-2)双侧均匀分布所述硅钼棒(5-3-6)作为加热元件；所述硅钼棒(5-3-6)外围依次采用所述含锆保温层(5-3-4)、所述硅酸铝纤维毯(5-3-5)对所述炉体钢壳(5-3-1)内部空间进行填充，所述含锆保温层(5-3-4)和所述炉体浇筑内胆(5-3-2)之间留有空间用于所述硅钼棒(5-3-6)的均匀加热；
所述采样/输气枪(5-7)包括采样枪(5-7-1)、输气枪(5-7-2)和丝堵(5-7-3)；所述输气枪(5-7-2)后端与所述采样/输气孔(5-3-8)在炉体钢壳(5-3-1)上的端口焊接并作为所述输气枪(5-7-2)的出口，所述输气枪(5-7-2)的侧壁设置有入口；所述采样枪(5-7-1)同轴线设置在输气枪(5-7-2)内部，且其外径小于所述输气枪(5-7-2)的内径；所述采样枪(5-7-1)一端伸出于所述输气枪(5-7-2)的前端并作为出口，另一端延伸至所述采样/输气孔(5-3-8)内并作为入口；所述输气枪(5-7-2)的前端通过所述丝堵(5-7-3)与所述采样枪(5-7-1)拧紧；所述输气枪(5-7-2)的入口和所述采样枪(5-7-1)的出口均设置有阀门。
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