一种可视化燃烧过程监测装置的制作方法

本实用新型涉及燃烧设备的实验监测技术，特别是一种可视化燃烧过程监测装置。

背景技术：

燃烧设备是气体燃料由化学能转化为热能的装置，一般包括给送风设备、烧嘴、燃烧室以及控制系统等，是燃气轮机、锅炉、燃烧机等能源动力设备中的关键部件之一。燃烧设备的工作性能关键取决于燃料和氧化剂（一般为空气）的燃烧过程组织效果，包括流动、掺混等过程。燃烧过程的组织的特点，关系到燃烧设备的燃烧效率、污染物排放、燃烧稳定性以及整个设备的使用寿命等。因此开发性能优异的燃烧设备的关键，是寻找针对特定燃料的燃烧过程最合理的组织形式。这需要借助一定的实验技术，开发出特定的实验装置，从而监测燃烧过程，获取必要的信息，对燃烧过程组织效果进行分析和评判，从而找到最优的燃烧组织形式，最大程度地提高燃烧设备的性能。

燃烧过程信息包括流动、掺混、压力、温度和火焰面分布等，其中火焰面可视化监测无疑是评估燃烧效果最简单、直观而有效的途径。工业中常见的测试方法包括：（1）将开发的烧嘴放置在环境中的开放空间中进行燃烧测试，这固然可以直接观测到火焰结构。但开放条件下的燃烧过程，与实际燃烧设备中在有限空间内的燃烧过程相差较大，不能完全反映真实情况。（2）在封闭条件下进行试验，因为火焰温度较高，燃烧室一般用带水冷夹层的金属或者陶瓷材料制作，利用压力传感器和热电偶等装置来捕捉燃烧过程信息，通过这些参数评估燃烧特性，但无法直接观测到火焰结构；也有在金属或者陶瓷材料燃烧室上局部开设视窗或者火孔的方案，但迫于结构的限制，观测孔尺寸有限，而无法获取火焰的整体结构特性。另外，燃烧试验中的压力波动的测量，燃烧筒内的温度分布控制也是燃烧试验装置中经常遇到的技术难题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为开发先进燃烧设备,提供了一种可视化燃烧过程监测装置，该装置整体采用石英结构设计，为燃烧过程提供一个与真实燃烧装置接近的燃烧空间；借助各种光学测量方法，获取完整的火焰结构；该装置通过布置合理的测点和结构设计，能检测燃烧过程的压力波动、烟气温度，并方便控制燃烧筒内的烟气温度分布；为科研工作这开展燃烧相关基础研究以及工程师开发先进燃烧装置提供支持。

本实用新型的技术方案如下：

一种可视化燃烧过程监测装置，其特征在于：整体呈筒状结构，包括内筒和外筒，内筒和外筒之间有夹层空间，内筒中为燃烧空间；所述外筒筒壁上设置有夹层冷空气进口，内筒筒壁上设置有内筒冷空气进口；所述外筒筒壁上还设置有若干压力波动引压管，压力波动引压管穿过外筒筒壁和内筒筒壁与燃烧空间连通；所述监测装置的底部为燃料和空气进口，连接烧嘴；所述监测装置的顶部为高温烟气出口，连接排烟管道。

所述夹层冷空气进口位于外筒筒壁上的靠近燃料和空气进口的位置，根据实验情况需要设计其个数和口径。

所述内筒冷空气进口位于内筒筒壁上的靠近高温烟气出口的位置，根据实验情况需要设计其个数和口径。

所述内筒筒壁的中间位置还设置有空气进气孔，根据实验情况需要设计其个数和孔径。

所述压力波动引压管的个数和口径根据实验情况需要设计，可以设计为不同轴向和不同周向的。

所述装置整体采用石英材料制作。

该监测装置的工作原理为：

在靠近监测装置底部的燃料和空气进口的位置，外筒的筒壁上设置夹层冷空气进口，从夹层冷空气进口通入冷空气，使得内筒和外筒之间的夹层空间通流冷却空气，然后通过在靠近高温烟气出口的内筒筒壁上设置的内筒冷空气进口，冷却空气可以进入燃烧空间。这样在内外筒之间形成一层冷却空气夹层，以起到冷却内筒的作用。同时在监测装置底部和顶部的进出口之间，内筒筒壁的中间位置开设空气进气孔，通过控制在内筒上的位置和孔径大小，可以控制进入内筒的空气射流的位置、流量和射流深度等，从而控制燃烧筒内的温度分布。

为了保证实验装置火焰结构与真实燃烧室中接近，可以将燃烧空间设计为圆筒形结构；如果需要通过光学探测装置（例如相机）拍摄火焰结构，需要将燃烧空间设计成方形结构，这样可以避免曲面玻璃折射造成的图像失真。在径向和轴向不同角度可以设计压力波动引压管，用于检测燃烧室内的压力或者压力波动特性。

本实用新型的有益效果如下：

（1）本实用新型设计的双筒结构，可以使得内外筒之间为冷却空气夹层，可以对内筒进行一定的冷却，有效减低内筒温度，延长实验装置的寿命。

（2）在内筒进出口中间位置开设空气进气孔，通过控制进气孔的孔径和位置，改变进入内筒的冷却空气流量和射流深度，可以调节内筒内的温度分布，用于燃烧振荡、出口温度分布、内部流动特性等问题的研究。

（3）在不同轴向和周向位置设计了压力波动引压管。可以对燃烧筒内的静压和压力波动特性进行测试，用于研究燃烧中的燃烧振荡以及声学特性问题。

（4）采用石英作为燃烧室材料，可以长期工作在1100℃，软化温度约为1700℃。可以进行多种燃料的扩散燃烧、预混燃烧以及部分燃烧试验。不需要特别复杂的冷却设计，具有良好的使用寿命和较低的加工成本。

（5）石英材料具有良好的透光性，不仅可以透过可见光，还可以透过紫外光。既可以直接通过肉眼或者一般的相机检测燃烧过程，还可以特殊的光学探测装置（如光电倍增管、增强型光电耦合器等）检测燃烧过程中的自由基的情况，进而全面分析燃烧的过程。

附图说明

图1为本实用新型的外形结构示意图；

图2为本实用新型的纵向剖面结构示意图。

其中，附图标记为：1－燃料和空气进口，2－夹层冷空气进口，3－压力波动引压管一，4－压力波动引压管二，5－压力波动引压管三，6－压力波动引压管四，7－压力波动引压管五，8－压力波动引压管六，9－空气进气孔，10－内筒冷空气进口，11－高温烟气出口，12－火焰区域，13－外筒，14－内筒。

具体实施方式

如图1～2所示，一种可视化燃烧过程监测装置，整体呈筒状结构，包括内筒14和外筒13，内筒14和外筒之间有夹层空间，内筒14中为燃烧空间；所述外筒13筒壁上设置有夹层冷空气进口2，内筒14筒壁上设置有内筒冷空气进口10；所述外筒13筒壁上还设置有若干压力波动引压管，压力波动引压管穿过外筒13筒壁、内筒14筒壁与燃烧空间连通；所述监测装置的底部为燃料和空气进口1，连接烧嘴，燃料和空气进口1上端为火焰区域12；所述监测装置的顶部为高温烟气出口11，连接排烟管道。

所述夹层冷空气进口2位于外筒13筒壁上的靠近燃料和空气进口1的位置，根据实验情况需要设计其个数和口径。

所述内筒冷空气进口10位于内筒14筒壁上的靠近高温烟气出口11的位置，根据实验情况需要设计其个数和口径。

所述内筒14筒壁的中间位置还设置有空气进气孔9，根据实验情况需要设计其个数和口径。

所述压力波动引压管的个数和口径根据实验情况需要设计，可以设计为不同轴向和不同周向的，如图1所示，本实施例中设计有压力波动引压管一～六3～8，共六个。

所述装置整体采用石英材料制作。

该监测装置的工作原理为：

在靠近监测装置底部的燃料和空气进口1的位置，外筒13的筒壁上设置夹层冷空气进口2，从夹层冷空气进口2通入冷空气，使得内筒14和外筒13之间的夹层空间通流冷却空气，然后通过在靠近高温烟气出口11的内筒14筒壁上设置的内筒冷空气进口10，冷却空气可以进入燃烧空间。这样在内外筒之间形成一层冷却空气夹层，以起到冷却内筒14的作用。同时在监测装置底部和顶部的进出口之间，内筒14筒壁的中间位置开设空气进气孔9，通过控制在内筒14上的位置和口径大小，可以控制进入内筒14的空气射流的位置、流量和射流深度等，从而控制燃烧筒内的温度分布。