專利名稱：一種固體燃料著火溫度的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體燃料著火溫度的測(cè)量方法，屬于燃燒科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了設(shè)計(jì)鍋爐等燃燒設(shè)備，以及安全運(yùn)輸和存儲(chǔ)煤粉等燃料，常常需要獲得較為準(zhǔn)確的著火溫度。示差熱天平(TGA)是最常用的燃料著火溫度的測(cè)量設(shè)備，它可以測(cè)定燃料的失重曲線(TG)和失重率變化曲線(DTG)，如圖l所示。傳統(tǒng)上，樣品的著火溫度基本上都是從這兩條曲線上分析得出。有研究者認(rèn)為DTG曲線上的峰值點(diǎn)，即失重率最大點(diǎn)發(fā)生著火時(shí)刻；有研究者則認(rèn)為著火發(fā)生在失重率最大點(diǎn)之前，在數(shù)學(xué)上進(jìn)行修正，如在DTG曲線的峰值點(diǎn)作垂線與TG曲線交于一點(diǎn)，然后過(guò)該交點(diǎn)作TG曲線的切線，同時(shí)在TG曲線失重開始時(shí)的位置作一條水平線，該切線與水平線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度定義為著火溫度?？偟膩?lái)說(shuō)，這類根據(jù)TG和DTG曲線求取著火溫度的方法簡(jiǎn)單易行，數(shù)據(jù)重復(fù)性好，常被工業(yè)界和實(shí)驗(yàn)研究采納。 然而，上述基于失重曲線和失重率變化曲線方法存在一個(gè)重大的疑問，即所求得的著火溫度和真正的著火溫度可能存在較大的誤差，最根本的原因是著火時(shí)刻的物理意義不夠明確。著火溫度應(yīng)該是氣體著火或者固體著火發(fā)生時(shí)對(duì)應(yīng)的顆粒溫度。研究表明，在TGA的加熱速率條件下，含揮發(fā)分的煤粉等燃料的著火基本屬于均相著火，即燃料中含有的揮發(fā)分在加熱時(shí)釋放，并在氧氣到達(dá)固體表面時(shí)發(fā)生氣體著火，而這一時(shí)刻與DTG曲線上的最大失重速率的相關(guān)性并不十分確定，一般情況下，反應(yīng)介質(zhì)采用空氣。近幾年，富氧燃燒和以氧氣為燃燒介質(zhì)的氧燃料燃燒技術(shù)發(fā)展迅速，而當(dāng)反應(yīng)介質(zhì)的氧氣濃度較高時(shí)，均相著火的現(xiàn)象更為明顯，并可能較為嚴(yán)重地影響固體的燃燒和其失重曲線，熱電偶讀數(shù)與顆粒的表面溫度有較大的差別。另一方面，在多數(shù)TGA設(shè)備中，為了防止氣體表面火焰的干擾，熱電偶與樣品顆粒的表面常常大于5mm的距離，這樣的布置使得測(cè)定氣體火焰發(fā)生的準(zhǔn)確時(shí)刻較為困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種使用示差熱天平測(cè)量固體燃料著火溫度的新方法，作為
對(duì)傳統(tǒng)的著火溫度測(cè)量方法的改進(jìn)和補(bǔ)充。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下 —種固體燃料著火溫度的測(cè)量方法，其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行 1)使用示差熱天平，將固體燃料試樣放置在托盤上，將熱電偶的測(cè)溫點(diǎn)放置在燃
料試樣表面上方2 5mm以內(nèi)； 2)通入給定氧氣濃度的反應(yīng)氣體，開始加熱試驗(yàn)，得到溫升曲線，觀察曲線是否出現(xiàn)突變鼓包來(lái)判斷是否出現(xiàn)火焰；如果溫升曲線出現(xiàn)突變鼓包，將突變鼓包起點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間定義為著火時(shí)刻，將該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的溫度定義為給定氧氣濃度下的著火溫度；如果在給定濃度條件下沒有鼓包出現(xiàn)，則逐步增加反應(yīng)氣體中的氧氣濃度，測(cè)得一組具有溫度鼓包的溫升曲線，得到一組不同氧氣濃度下的著火溫度； 3)然后采用擬合方法得到氧氣濃度和著火溫度的關(guān)系式，使用該關(guān)系式計(jì)算得出給定濃度條件下的著火溫度。 本發(fā)明所述的固體燃料為煤、石油焦或木柴。 本發(fā)明提供的方法，比基于失重曲線和失重率曲線的傳統(tǒng)方法更有明確的物理意義以及測(cè)量的準(zhǔn)確性，特別適合高氧氣濃度條件下煤粉著火測(cè)量，對(duì)富氧和氧燃料燃燒技術(shù)的發(fā)展有重要意義。


圖1為TGA上測(cè)得的典型的TG和DTG曲線。
圖2為TGA的反應(yīng)器的簡(jiǎn)易示意圖。
其中l(wèi)-爐壁；2-加熱托盤；3-試樣；4_熱電偶；5_氣流。 圖3為典型的高氧氣濃度條件下TGA的溫升曲線和著火點(diǎn)的定義。
圖4為測(cè)得的一組不同氧氣濃度下的TGA溫升曲線。
圖5為利用外推法得到的低氧氣濃度條件下的著火溫度。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理、工作過(guò)程和實(shí)施作進(jìn)一步的說(shuō)明。 如圖2所示，使用示差熱天平，將一定重量的試樣3放置在加熱托盤2上，熱電偶4
的測(cè)溫點(diǎn)放置在距離試樣3表面上方2 5mm的地方，使之能探測(cè)到著火時(shí)出現(xiàn)的微弱火
焰。然后開始進(jìn)行加熱試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中得到示差熱天平的溫升曲線。觀察該溫升曲線是否
出現(xiàn)突變鼓包以判斷是否有火焰，如果有突變鼓包，則將突變鼓包的起始時(shí)刻定義為著火
時(shí)刻，該時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的溫度定義為樣品的著火溫度。典型的具有溫度鼓包的溫升曲線如圖
3所示。 本發(fā)明的工作過(guò)程如下 如圖2所示，使用示差熱天平，首先將一定重量的固體燃料試樣3放置示差熱天平的加熱托盤2上，然后通入給定氧氣濃度(已知的氧氣濃度)的反應(yīng)氣體；將熱電偶4的測(cè)溫點(diǎn)放置在距離試樣3表面上方2 5mm的地方，使之能探測(cè)到著火時(shí)出現(xiàn)的微弱火焰。實(shí)驗(yàn)得到溫升曲線，觀察曲線是否出現(xiàn)突變鼓包來(lái)判斷是否出現(xiàn)火焰，典型的具有溫度鼓包的溫升曲線如圖3所示。如果溫升曲線出現(xiàn)突變鼓包，將鼓包起點(diǎn)定義為著火時(shí)刻，將該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的溫度定義為該氧氣濃度下的著火溫度。如果在給定濃度條件下沒有突變鼓包出現(xiàn)，則逐步加大反應(yīng)氣體中的氧氣濃度，測(cè)得一組具有溫度突變鼓包的溫升曲線(如圖4所示)，從而得到一組不同氧氣濃度下的著火溫度，然后采用擬合方法(最小二乘法擬合或其它方法)得到氧氣濃度和著火溫度的關(guān)系式，使用該關(guān)系式計(jì)算得出給定濃度條件下的著火溫度，如圖5所示。 通過(guò)不同氧氣濃度的著火溫度測(cè)量，得出著火溫度與氧氣濃度的關(guān)系式，根據(jù)關(guān)系式也可以采用外推法測(cè)得空氣條件下的著火溫度。
權(quán)利要求
一種固體燃料著火溫度的測(cè)量方法，其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行1)使用示差熱天平，將固體燃料試樣放置在加熱托盤上，將熱電偶的測(cè)溫點(diǎn)放置在燃料試樣表面上方2～5mm以內(nèi)；2)通入給定氧氣濃度的反應(yīng)氣體，開始加熱試驗(yàn)，得到溫升曲線，觀察曲線是否出現(xiàn)突變鼓包來(lái)判斷是否出現(xiàn)火焰；如果溫升曲線出現(xiàn)突變鼓包，將突變鼓包起點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間定義為著火時(shí)刻，將該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的溫度定義為給定氧氣濃度下的著火溫度；如果在給定濃度條件下沒有鼓包出現(xiàn)，則逐步增加反應(yīng)氣體中的氧氣濃度，測(cè)得一組具有溫度鼓包的溫升曲線，進(jìn)而得到一組不同氧氣濃度下的著火溫度；3)然后采用擬合方法得到氧氣濃度和著火溫度的關(guān)系式，使用該關(guān)系式計(jì)算得出給定濃度條件下的著火溫度。
2. 按照權(quán)利要求1所述的固體燃料著火溫度的測(cè)量方法，其特征在于所述的固體燃料為煤、石油焦或木柴。
全文摘要
一種固體燃料著火溫度的測(cè)量方法，該方法使用示差熱天平，將試樣放置在托盤上，熱電偶放置在試樣表面上方2～5mm以內(nèi)，通入給定氧氣濃度的反應(yīng)氣體，得到溫升曲線，觀察曲線是否出現(xiàn)鼓包；如果出現(xiàn)鼓包，將鼓包起點(diǎn)定義著火時(shí)刻，將該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的溫度定義為該氧氣濃度下的著火溫度；如果在給定濃度條件下沒有鼓包出現(xiàn)，則逐步加大氧氣濃度，測(cè)得一組具有溫度鼓包的溫升曲線，得到一組不同氧氣濃度下的著火溫度，然后擬合得到氧氣濃度和著火溫度的關(guān)系式，使用該關(guān)系式計(jì)算得出給定濃度條件下的著火溫度。本方法比傳統(tǒng)方法更有明確的物理意義以及測(cè)量的準(zhǔn)確性，特別適合高氧氣濃度條件下煤粉著火測(cè)量，對(duì)富氧和氧燃料燃燒技術(shù)的發(fā)展有重要意義。
文檔編號(hào)G01K7/02GK101762341SQ20091024406
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者張海, 李振山 申請(qǐng)人:清華大學(xué)