[发明专利]一种加压平面火焰燃烧装置

说明书

本发明属于固体燃料颗粒的着火、燃烧和气化等反应动力学特性研究领域，公开了一种加压平面火焰燃烧装置。该装置的燃烧器主体设有氧化气腔体和水冷腔体，氧化气腔体上端开口，中心安装内芯；氧化气腔体的侧壁内部设有单独隔离的冷却腔体；底座包括燃料气腔体，燃料气腔体位于氧化气腔体正下方，封板将氧化气腔体和燃料气腔体隔离；平面火焰毛细管内芯包括蜂窝陶瓷块、毛细管阵列和给粉管。本发明通过将氧化气与燃料气分开传输和整流，最终在蜂窝陶瓷块顶面形成稳定的非预混平面火焰，形成高温、高加热速率的烟气环境；而通过水冷降温防止热压变形和热失效，封板配合O型圈密封，使得本发明能够长期稳定地工作于高温、高压环境下。

技术领域

本发明属于离散固体燃料颗粒的着火、燃烧和气化等反应动力学特性研究领域，涉及一种加压平面火焰燃烧装置，更具体地，涉及一种适用于光学测量的用于组织可控高温高压环境的平面火焰燃烧装置。

背景技术

微米、纳米粉体燃料的着火、燃烧和气化等反应动力学特性，对于燃烧装置的设计具有重要的参考意义。在实际应用中，粉体反应往往处在比较极端的高温高压环境中，且在实际燃烧环境中具有极高的升温速率，大多数实验室设备难以达到这样的要求。因此，可以提供高温高压环境、且能够使得颗粒具有较高升温速率的燃烧系统是当前研究的重点。

目前已有多种不同类型的加压加热系统，如加压热重分析仪、加压滴管炉、加压固定床、加压平面火焰炉等，但这些系统均存在局限性：加压热重只能研究静止状态下的颗粒燃烧，且加热温度低(一般低于1273K)，加热速率慢(3-200K/min)；加压滴管炉可达到高温高压的环境，但其加热速率最高只能达到103-104K/s；加压固定床反应物多为大颗粒或堆积粉层，且温度一般也在723-1273K之间，与实际应用有较大差距。

因此，亟需能够在加压环境下提供稳定平面火焰，且兼具高温、高加热速率的加压平面火焰燃烧装置。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种加压平面火焰燃烧装置，其目的在于，通过分仓设计，结合毛细管阵列对燃料气和氧气进行分流、稳流，在燃烧器上端部表面形成稳定的非预混火焰面，辅以水冷降温保证高温高压条件下燃烧器的耐热承压性能，从而能够在加压环境下提供更高燃烧温度的稳定平面火焰，进而提升加热速率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种加压平面火焰燃烧装置，包括：燃烧器主体、平面火焰毛细管内芯、底座；

燃烧器主体设有内芯安装室和氧化气腔体，内芯安装室上端开口，下端与氧化气腔体连通；内芯安装室的侧壁内部设有与氧化气腔体隔离的冷却腔体；

燃烧器主体固定于底座上表面，燃烧器主体的下表面与底座上表面之间通过封板密封；

底座包括燃料气腔体、氧化气进口管、燃料气进口管、冷却腔进口管和冷却腔出口管；燃料气腔体位于氧化气腔体正下方，封板将氧化气腔体和燃料气腔体隔离；

平面火焰毛细管内芯包括蜂窝陶瓷块、毛细管阵列和给粉管；毛细管阵列和给粉管插装且密封固定于封板上；毛细管阵列上端连通蜂窝陶瓷块对应位置的蜂窝孔，下端位于燃料气腔体内；毛细管阵列的各个毛细管之间留有间隙，且该间隙连通蜂窝陶瓷块对应位置的蜂窝孔；给粉管位于毛细管阵列中心，给粉管上端连通蜂窝陶瓷块的中心孔，下端裸露于底座外表面；氧化气进口管连通燃料气腔体与底座外部空间；燃料气进口管连通氧化气腔体与底座外部空间；冷却腔进口管的上端和冷却腔出口管的上端均依次穿过底座、封板后进入冷却腔体，以连通冷却腔体与底座外部空间。

进一步地，燃料气腔体内填充有整流微珠，整流微珠由惰性材料制成。

进一步地，氧化气进口管数量为两个，关于给粉管的轴线对称；冷却腔进口管和冷却腔出口管关于给粉管的轴线对称。

进一步地，燃料气进口管数量为两个，关于给粉管的轴线对称。