[发明专利]一种辐射-对流耦合加热可控气氛热解实验系统及测试方法

摘要

本发明一种辐射‑对流耦合加热可控气氛热解实验系统及测试方法涉及一种辐射及热气流对流耦合加热作用下固体可燃物热解实验装置及该装置下热解和着火特性参数的测试方法。包括配气部分、加热段、加热通风管道、辐射源和控制箱；配气部分和辐射源通过通风管道相连，配气部分位于通风管道前部，辐射源位于通风管道后部，在辐射源上部的通风管道内设有第一气体整流器；在辐射源下部的通风管道底部设有用于放置样件的样件开口；在样件盒右上方设有与控制箱相连的电火花点火器；控制箱内装设有第一温控器、第二温控器和变频器，在控制箱箱体上设有电火花点火器开关、气流加热开关和辐射源开关；控制箱上的第一温控器控制加热段，第二温控器控制辐射源。

主权项

1.一种辐射-对流耦合加热可控气氛热解实验系统，其特征在于：包括配气部分、加热段、加热通风管道、辐射源和控制箱；配气部分和辐射源通过通风管道相连，配气部分位于通风管道前部，辐射源位于通风管道后部，在辐射源上部的通风管道内设有第一气体整流器；在辐射源下部的通风管道底部设有用于放置样件的样件开口，在样件开口下部放置有样件盒支架，在样件盒支架下部放有电子天平，上部放置有样件盒，样件放在样件盒内，并且在样件开口对应的通风管道前后均开有透明的观察窗，用于查看实验状态；在样件盒的右上方设有电火花点火器，电火花点火器与控制箱相连；/n控制箱内装设有第一温控器、第二温控器和变频器，在控制箱箱体上设有电火花点火器开关、气流加热开关和辐射源开关；控制箱上的第一温控器控制加热段，第二温控器控制辐射源；/n通风管道上设有加热段，在加热段前为冷风管，加热段后为热风管；热风管包括横向的下热风管和成“几”形的上热风管；下热风管和上热风管的外表面均包裹有石棉隔热层；热风管的气流转向处均采用圆角弯头以减小风阻；/n在下热风管内还设有第二气体整流器，第二气体整流器位于辐射源之前；所述第二气体整流器采用蜂窝整流器；/n第一气体整流器采用水平蜂窝整流器，第二气体整流器采用竖直蜂窝整流器；第一气体整流器和第二气体整流器的外部尺寸与所处热风管内部尺寸一致；/n在冷风管的端部开有风管门，风管门内侧有橡胶垫圈保证气密性；冷风管前部内安装有风机，风机通过控制箱上的变频器控制转速；冷风管的前部为空心管，冷风管的后部为一段渐缩管；冷风管的材料与热风管相同，冷风管外不设保温层；/n配气部分设置在风机的左方，所述配气部分包括并联的2个储气瓶，2个储气瓶分别是氮气瓶和氧气瓶；储气瓶分别通过减压阀和流量控制阀连接在干管的进口端，形成支管；减压阀将高压气瓶储气瓶中压缩气体减压至接近常压，但略带正压以保证气体流向，流量控制阀用于体积流量控制；两根支管汇聚后与干管相连；干管的出气端与冷风管相连；在干管与流量控制阀之间还设有体积流量计以控制目标流量；/n加热段由设置在加热段管道框架内的100根直径为3mm的竖直镍铬加热丝组成，镍铬加热丝为镍铬加热线圈，镍铬丝加热线圈的外径为1cm；垂直于气流方向布有10根镍铬加热丝，每根镍铬加热丝外径间距1cm，最外侧镍铬加热丝距离风管内壁0.5cm；沿气流方向共有10层同样布局的镍铬加热丝，每层距离2cm；加热段管道壁厚8mm，加热段管道内壁覆盖有1mm厚耐高温电绝缘陶瓷涂层，框架内侧与加热丝之间填充5mm厚石棉隔热层；所有镍铬加热丝并联连接，镍铬加热丝的端部通过导线相连；/n在加热段的镍铬加热丝中部设有第二电绝缘热电偶，第二电绝缘热电偶通过加热段管道框架上方直径为1.2mm的第二热电偶孔连接至控制箱上的第一温控器；加热段由第一温控器和气流加热开关控制；当气流加热开关打开时，加热段加热功率由第一温控器控制；当气流加热开关关闭，加热段电源断开，第一温控器失去对加热段的控制；/n辐射源具有加热源本体和辐射源电源，所述加热源本体为中空无盖的正方体，加热源本体的外部框架采用不锈钢框架，在加热源本体内壁和外壁均设置有耐高温电绝缘陶瓷涂层；在加热源本体相对的两侧壁上各开有均匀分布的6个发热丝安装孔，所述发热丝安装孔设置在同一条直线上；6根发热丝的两端穿过发热丝安装孔，固定在加热源本体的侧壁上；发热丝位于加热源本体的加热面上，在加热源本体内盘成外径2cm的螺旋形加热圈，从而能加大加热面积并提供均匀的辐射热流；在加热源本体内壁与发热丝之间填充有石棉纤维隔热层；所有加热圈处于同一水平面，每根加热圈的中心轴线相距3cm，最外侧两条加热圈的中心轴线距加热源本体内壁2.5cm；加热圈底部与加热源本体下表面在同一水平面，即形成辐射面；发热丝之间采用串联方式连接，以保证电流一致和辐射热流均匀；/n在第2、4、6根发热丝中部各设有一个电绝缘热电偶，用于测量加热圈中点顶表面实时温度，电绝缘热电偶通过不锈钢框架两侧开设的直径为1.2mm的热电偶孔连接至控制箱，由控制箱上的第二温控器根据电绝缘热电偶的平均温度及第二温控器的设定值动态调节辐射源加热功率直至最终达到稳定目标值；控制箱的辐射源开关与辐射源相连。/n