一种针对煤掺氢氨气体燃烧的热重分析装置及方法

本发明涉及热重分析，尤其涉及一种针对煤掺氢氨气体燃烧的热重分析装置及方法。

背景技术：

1、在“碳达峰”和“碳中和”目标的指导下，传统燃煤机组作为主要的碳排放主体，面临着巨大的碳减排压力。对于燃煤机组而言，减少二氧化碳排放可以在发电系统源端部分掺烧无碳燃料，如氢气、氨气等。

2、然而，煤为固体燃料、氢/氨等气体为气体燃料，两者燃烧反应动力学差异极大。在气体燃料中，例如氨气，热值低、火焰速度慢，燃烧过程中活性较低、燃烧不稳定、放热过程缓慢，燃烧过程中燃料型nox先天排放高。正是由于上述因素，导致了煤掺氢/氨等气体燃烧的特性变化不清晰。

3、因此，目前缺乏一种有效的针对煤掺氢氨气体燃烧的热重分析手段来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种针对煤掺氢氨气体燃烧的热重分析装置及方法，能够探究煤掺氢/氨等气体燃烧的特性变化。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种针对煤掺氢氨气体燃烧的热重分析装置，包括：

3、加热炉，内设置有坩埚和两根进气管，所述坩埚内放置有待燃烧的煤粉，所述进气管的出口端位于所述坩埚的上方；

4、第一气源，分别与两根所述进气管连接，用于向所述加热炉内提供惰性气体；

5、第二气源，与其中一根所述进气管连接，用于向所述加热炉内提供氢气或氨气；

6、第三气源，与另一根所述进气管连接，用于向所述加热炉内提供空气；

7、称重组件，用于对所述坩埚的重量进行实时测量。

8、第二方面，本发明实施例提供了一种针对煤掺氢氨气体燃烧的热重分析方法，应用于上述实施例所述的装置，包括：

9、将所述煤粉放入所述坩埚内；

10、利用所述加热炉对所述煤粉进行加热，直至预设温度；

11、利用所述第一气源经两根所述进气管向所述加热炉内提供惰性气体；

12、关闭所述第一气源的同时，切换所述第二气源和所述第三气源，以利用所述第二气源经其中一根所述进气管向所述加热炉内提供氢气或氨气，以及利用所述第三气源经另一根所述进气管向所述加热炉内提供空气；

13、控制所述加热炉按照预设升温程序进行升温，并利用所述称重组件对所述坩埚的重量进行实时测量。

14、由上述方案可知，本发明提供的针对煤掺氢氨气体燃烧的热重分析装置，通过利用加热炉对煤粉进行加热，利用第一气源经两根进气管向加热炉内提供惰性气体，在关闭第一气源的同时，切换第二气源和第三气源，以利用第二气源经其中一根进气管向加热炉内提供氢气或氨气，以及利用第三气源经另一根进气管向加热炉内提供空气，如此可以有效减小实验过程中气流的波动，能够防止由于气体波动造成的重量测量误差；同时，将氢气或氨气等腐蚀性气氛通入加热炉内与煤粉进行异相燃烧，氢/氨等气体和空气分别通过进气管延伸至坩埚的上方，以对冲式进气与煤粉进行混合燃烧，实现煤粉不同进气量、不同升温速率和不同反应温度下的热失重特性测量。因此，上述技术方案能够探究煤掺氢/氨等气体燃烧的特性变化。

技术特征：

1.一种针对煤掺氢氨气体燃烧的热重分析装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述坩埚(11)采用铂金材质制成，所述进气管(12)采用陶瓷材质制成。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热炉(1)为水平放置，所述进气管(12)沿所述加热炉(1)的轴线方向设置，所述进气管(12)的末端倾斜地朝向所述煤粉。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，两根所述进气管(12)末端的倾斜角度相同，所述倾斜角度为45°。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述惰性气体包括氮气、氩气和氦气；

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括控制器(7)，所述称重组件(5)包括设置于所述坩埚(11)下方的弹簧(51)、与所述弹簧(51)连接的支撑座(52)和位于所述加热炉(1)外的摄像头(53)，所述支撑座(52)设置于所述加热炉(1)的内壁，所述加热炉(1)的两侧设置有可视窗口(54)，所述可视窗口(54)上设置有刻度尺(55)，所述摄像头(53)、所述刻度尺(55)和所述坩埚(11)依次相对，所述摄像头(53)用于采集所述坩埚(11)在高度方向上的位置变化量，所述控制器(7)与所述摄像头(53)连接，所述控制器(7)用于基于所述位置变化量和所述弹簧(51)的弹性系数确定所述坩埚(11)的重量变化量；

7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一气源(2)的出口设置有第一流量计(21)，所述第二气源(3)的出口设置有第二流量计(31)，所述第三气源(4)的出口设置有第三流量计(41)，所述第一流量计(21)、所述第二流量计(31)和所述第三流量计(41)的流量均相同。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二气源(3)和所述进气管(12)的连接管路上设置有第一三通阀(32)，所述第三气源(4)和所述进气管(12)的连接管路上设置有第二三通阀(42)，所述第一气源(2)分别与所述第一三通阀(32)和所述第二三通阀(42)连接。

9.一种针对煤掺氢氨气体燃烧的热重分析方法，其特征在于，应用于权利要求8所述的装置，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第一三通阀(32)和所述第二三通阀(42)处于第一状态时，所述第一气源(2)经两根所述进气管(12)向所述加热炉(1)提供惰性气体，所述第二气源(3)和所述第三气源(4)处于关闭状态；

技术总结
本发明涉及热重分析技术领域，特别涉及一种针对煤掺氢氨气体燃烧的热重分析装置及方法。该装置通过利用加热炉对煤粉进行加热，利用第一气源经两根进气管向加热炉内提供惰性气体，在关闭第一气源的同时，切换第二气源和第三气源，如此可以有效减小实验过程中气流的波动，能够防止由于气体波动造成的重量测量误差；同时，将氢气或氨气等腐蚀性气氛通入加热炉内与煤粉进行异相燃烧，氢/氨等气体和空气分别通过进气管延伸至坩埚的上方，以对冲式进气与煤粉进行混合燃烧，实现煤粉不同进气量、不同升温速率和不同反应温度下的热失重特性测量。因此，上述技术方案能够探究煤掺氢/氨等气体燃烧的特性变化。

技术研发人员：张永生,丁齐鲁,汪涛,王家伟,苏利鹏,刘佳宁
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17