本發(fā)明涉及可再生低碳能源利用及碳煙的排放控制，具體涉及一種針對含焦油生物質(zhì)氣化氣mild燃燒系統(tǒng)的碳煙檢測方法。

背景技術(shù)：

1、在“雙碳”目標背景下，可再生的零碳能源生物質(zhì)能得到了廣泛關(guān)注。生物質(zhì)氣化技術(shù)能夠消納并高效利用生物質(zhì)廢棄物，氣化得到的生物質(zhì)氣化氣(biomass?gasifiedgas,bgg)還能夠填補燃氣缺口，其重要性日趨凸顯。受氣化原料、爐型以及介質(zhì)影響，bgg的組成成分十分復(fù)雜，除可燃組分co、h2和少量cnhm以外，還含有大量不可燃氣體和焦油等雜質(zhì)，這導(dǎo)致其在常規(guī)的燃燒下會發(fā)生點火困難、燃燒效率低、火焰不穩(wěn)定以及nox和碳煙等污染物的排放難以控制等一系列問題。mild(moderate&intense?low?oxygen?dilution)燃燒是一種通過高溫預(yù)熱和低氧稀釋來實現(xiàn)的燃燒方式，可以實現(xiàn)爐膛內(nèi)峰值溫度低、平均溫度高，因此具有熱輻射效率高和nox排放低的優(yōu)勢，并且mild燃燒已經(jīng)被證明能夠降低碳氫燃料燃燒碳煙的排放。bgg的mild燃燒火焰穩(wěn)定，所有的工況內(nèi)都具有良好的nox減排特性。

2、現(xiàn)有研究中對于bgg的mild燃燒僅考慮了模擬的純凈bgg氣體，并且僅關(guān)注了nox和co兩種污染物，缺乏對于因焦油導(dǎo)致的碳煙排放的研究。由于焦油在常溫下會凝結(jié)為粘性較大的液體，容易在管道等輸送設(shè)備中附著和堵塞，嚴重影響輸送效率。同時，焦油在實際燃燒時往往是以氣態(tài)形式參與燃燒反應(yīng)的，目前缺乏一種含焦油生物質(zhì)氣化氣的燃料供給和輸送方法，將不同濃度的焦油(或模型化合物)以氣態(tài)形式與氣化氣混合，以應(yīng)用于mild燃燒實驗或中試研究。此外，由于mild燃燒方式具有不同于常規(guī)燃燒方式的溫度場以及碳煙分布特點，其溫度場通常更加均勻，溫度梯度較小，且碳煙分布在空間上更為分散并呈現(xiàn)出不同的粒徑和濃度分布特征，這些特點使得傳統(tǒng)的單點檢測方法難以適用，目前缺乏一種針對mild燃燒下碳煙生成全過程的檢測方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明主要目的在于提供一種針對含焦油生物質(zhì)氣化氣mild燃燒系統(tǒng)的碳煙檢測方法，實現(xiàn)含焦油生物質(zhì)氣化氣的精準供給，保證焦油以氣態(tài)形式參與燃燒，在開放空間下通過擴散平面火焰形成的含氧熱同流建立含焦油生物質(zhì)氣化氣mild燃燒上，結(jié)合碳煙顆粒的侵入式熱泳采樣技術(shù)和光學(xué)診斷技術(shù)，對碳煙從氣相前體至碳煙顆粒的全過程進行檢測，以研究含焦油生物質(zhì)氣化氣在mild燃燒方式下碳煙的生成及控制機理。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

3、一種針對含焦油生物質(zhì)氣化氣mild燃燒系統(tǒng)的碳煙檢測方法，包括以下步驟：

4、s1、安裝含焦油生物質(zhì)氣化氣mild燃燒系統(tǒng)；

5、s2、安裝碳煙檢測系統(tǒng)；

6、s3、對碳煙生成過程進行檢測；

7、其中，步驟s1中的燃燒系統(tǒng)包括用于供給含焦油生物質(zhì)氣化氣的可控混合蒸發(fā)器、用于輸送含焦油生物質(zhì)氣化氣的加熱管線以及開放空間下擴散平面火焰形成的含氧熱同流引導(dǎo)的生物質(zhì)氣化氣mild燃燒器，所述可控混合蒸發(fā)器將焦油蒸發(fā)為氣體并與生物質(zhì)氣化氣混合均勻，經(jīng)所述加熱管線供給到所述生物質(zhì)氣化氣mild燃燒器，擴散平面火焰引導(dǎo)的所述生物質(zhì)氣化氣mild燃燒器通過熱同流提高初始溫度、降低點火延遲時間并增大化學(xué)反應(yīng)時間實現(xiàn)生物質(zhì)氣化氣的mild燃燒；

8、步驟s2中的檢測系統(tǒng)包括熱泳采樣系統(tǒng)和光學(xué)診斷系統(tǒng)，所述熱泳采樣系統(tǒng)采集火焰中不同位置的碳煙顆粒，所述光學(xué)診斷系統(tǒng)半定量測量開放空間火焰中多環(huán)芳香烴、羥基和碳煙的濃度；

9、步驟s3中檢測時依次進行碳煙顆粒采樣、碳煙分布檢測、多環(huán)芳烴分布檢測和羥基分布檢測。

10、進一步的，步驟s1中的所述可控混合蒸發(fā)器包括數(shù)據(jù)控制模塊、液體流量計、混合蒸發(fā)器以及氣體流量計，所述液體流量計、混合蒸發(fā)器和所述氣體流量計均與所述數(shù)據(jù)控制模塊電連接，所述液體流量計的一端通過管路與所述混合蒸發(fā)器連接，另一端通過管路連接有甲苯瓶，所述甲苯瓶通過管路連接有離心泵，所述氣體流量計的一端通過管路與所述混合蒸發(fā)器連接，另一端通過管路連接有生物質(zhì)氣化氣氣瓶；

11、所述甲苯瓶內(nèi)的甲苯液體在氮氣壓力下經(jīng)所述液體流量計接入所述混合蒸發(fā)器，所述生物質(zhì)氣化氣氣瓶內(nèi)的生物質(zhì)氣化氣經(jīng)所述氣體流量計接入所述混合蒸發(fā)器，之后使用加熱管線連接所述混合蒸發(fā)器的出口和所述生物質(zhì)氣化氣mild燃燒器的主燃料入口，在所述數(shù)據(jù)控制模塊的控制下調(diào)控氣體、液體流量以及蒸發(fā)溫度，實現(xiàn)不同類型焦油的蒸發(fā)以及與生物質(zhì)氣化氣的不同比例混合。

12、進一步的，所述混合蒸發(fā)器包括加熱腔體和存儲腔體，所述加熱腔體對噴入其中的霧化的氣體和液體的混合物進行加熱并混合蒸發(fā)，所述存儲腔體對氣化后的混合氣體進行暫時儲存；

13、所述加熱腔體的溫度不低于110.6℃，保證甲苯蒸發(fā)。

14、進一步的，所述加熱管線上纏繞有加熱帶，所述加熱帶緊密螺旋纏繞，其加熱溫度不低于所蒸發(fā)液體在對應(yīng)壓強下的沸點，以確保其不會再次凝結(jié)為液體從而堵塞管道；

15、所述加熱帶包括溫控組件、電熱帶以及保溫層，所述溫控組件用以調(diào)控電熱帶溫度，所述電熱帶為外層包裹有硅橡膠的鎳鉻合金電阻絲，所述保溫層采用玻纖針刺氈棉。

16、進一步的，步驟s1中在進行安裝生物質(zhì)氣化氣mild燃燒器時，首先對其進行定位隨后將其固定在實驗臺上；

17、所述生物質(zhì)氣化氣mild燃燒器為一種開放空間的兩級燃燒系統(tǒng)，包括含焦油生物質(zhì)氣化氣作為射流主燃料及高溫?zé)嵬?，高溫?zé)嵬魍ㄟ^ch4/h2-空氣的貧燃擴散火焰形成，產(chǎn)生的含氧煙氣作為生物質(zhì)氣化氣的氧化劑，形成高溫低氧稀釋的燃燒條件，實現(xiàn)mild燃燒，開放空間保障了良好的光學(xué)系統(tǒng)接入和侵入式采樣操作的可操作性；

18、其中，熱同流的燃料為50％的ch4和50％的h2組成的混合氣，氧化劑為o2和n2的混合氣。

19、進一步的，步驟s2中的所述熱泳采樣系統(tǒng)包括可編程時間繼電器、空氣壓縮機、電磁閥、氣缸、自鎖鑷子、tem銅網(wǎng)和升降臺，所述自鎖鑷子夾持所述tem銅網(wǎng)連接于所述氣缸的末端，所述氣缸安裝于所述升降臺的頂部，所述氣缸的位置由升降臺控制，保證能夠采集火焰不同高度處的碳煙顆粒；

20、所述空氣壓縮機提供所述氣缸的氣體動力，所述可編程時間繼電器控制電磁閥，所述電磁閥控制氣缸的運動，進而使得自鎖鑷子夾持的tem銅網(wǎng)進入火焰中對碳煙顆粒進行采樣。

21、進一步的，步驟s2中的所述光學(xué)診斷系統(tǒng)包括iccd相機、雙像器、片光鏡組、染料激光器、nd:yag激光器、時序觸發(fā)器、iccd控制器以及濾鏡組；

22、所述nd:yag激光器、片光鏡組配合倍頻晶體組產(chǎn)生二次諧波，輸出波長為532nm的激光，用于激發(fā)碳煙的熾光信號；

23、所述nd:yag激光器、染料激光器配合倍頻晶體組和激光反光鏡組產(chǎn)生266nm、283nm兩種波長的激光，用于激發(fā)多環(huán)芳烴和羥基自由基信號。

24、進一步的，步驟s3中對于碳煙顆粒的采樣，通過在所述可編程時間繼電器上設(shè)置程序控制電磁閥從而進一步控制氣缸，嚴格控制tem銅網(wǎng)在火焰中的停留時間，保證采樣以及后續(xù)分析的準確性，所獲得到碳煙顆粒采用透射電子顯微鏡分析形貌結(jié)構(gòu)，獲得條紋間距、條紋寬度和條紋曲率數(shù)據(jù)；

25、對于多環(huán)芳烴分布的檢測，選擇315nm帶通濾鏡以測量a1，選擇400nm帶通濾鏡以測量a2、a3，選擇492nm帶通濾鏡以測量a4，上述信號由iccd相機捕捉記錄，其中a1是指苯，a2是指二苯環(huán)，a3是指三苯環(huán)，a4是指四苯環(huán)；

26、對于羥基分布的檢測，羥基信號經(jīng)300-320nm的帶通濾鏡處理后由iccd相機捕捉記錄。

27、進一步的，步驟s3中對于碳煙分布的檢測，碳煙輻射出的熾光信號經(jīng)過安裝在雙像器上的450nm和650nm帶通濾鏡篩選后，轉(zhuǎn)換為與像素位置相對應(yīng)的兩個特定波長的lii信號，并由iccd相機捕捉記錄，使用中心波長為440nm的帶通濾鏡來消除多環(huán)芳烴基團對碳煙測量的干擾，并使用公式(1)和公式(2)對獲得的lii信號進行計算，得到碳煙受激后的溫度tp和體積分數(shù)fv，

28、公式(1)：

29、

30、公式(2)：

31、

32、式中，λ1,2為選用帶通濾鏡的中心波長，h為普朗克常數(shù)，c為光速，k為玻爾茲曼常數(shù)，e(mλ)為在波長λ下的碳煙吸收函數(shù)，vexp為iccd輸出的信號強度，gexp為探測系統(tǒng)的增益，wb為激光片光厚度，η(λ)為輸出信號與照射光強度的比值。

33、進一步的，在進行步驟s1之前，根據(jù)所需氣化氣的焦油含量計算生物質(zhì)氣化氣的氣體流量以及焦油的液體流量。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

35、本發(fā)明針對含焦油生物質(zhì)氣化氣焦油含量不確定且易凝結(jié)的特點，通過可控混合蒸發(fā)器多模塊協(xié)同精準調(diào)控氣體和液體流量、蒸發(fā)溫度與混合比例，實現(xiàn)了不同焦油含量的生物氣化氣燃料供應(yīng)，保證了焦油(或其模型化合物)以液態(tài)形式參與燃燒；

36、本發(fā)明針對開放空間分級燃燒器具有侵入式檢測操作方便以及良好的光學(xué)接入的特點，結(jié)合碳煙顆粒的熱泳采樣技術(shù)和光學(xué)診斷技術(shù)，實現(xiàn)了氣相前驅(qū)體至碳煙顆粒生成全過程的檢測；

37、發(fā)明針對mild燃燒條件下火焰溫度場均勻，且碳煙分布在空間上更分散并呈現(xiàn)出不同的粒徑和濃度分布特征的特點，選擇光學(xué)診斷技術(shù)對整個火焰的碳煙分布情況進行檢測，避免了單點取樣檢測帶來的較大誤差。