一种研究污泥对燃烧影响的系统装置及其运行方法与应用

1.本发明属于固废燃烧技术领域，涉及一种研究污泥对燃烧影响的系统装置，尤其涉及一种研究污泥对燃烧影响的系统装置及其运行方法与应用。


背景技术：

2.污泥是一种生物质燃料，也是固体废弃物的一种，市政污泥作为一种典型的污泥，具有高含水率，高有机物含量与易腐殖等特点，含有丰富的氮、磷和钾等营养元素以及多种植物成长所需微量元素，干化后具有较高热值。污泥中不同含量的重金属、碱金属和碱土金属对环境和健康都具有一定危害。目前污泥的资源化处理受到广泛关注，其中焚烧可破坏有机质，杀死病原体，实现无害化和减量化，焚烧产生的热量还能够实现资源化对外供给等综合利用，因此焚烧也被认为是污泥处置中极具潜力的技术之一。
3.利用焚烧实现污泥资源化的技术已在很多国家进行了广泛的应用，使用焚烧技术对市政污泥进行资源化与减量化，同时市政污泥中的碱金属和碱土金属在焚烧过程中附着在焚烧炉的内壁上，引起焚烧设备的腐蚀和结焦问题，严重时甚至出现设备报废现象。焚烧过程中发生高温反应，而污泥焚烧过程中碱金属及碱土金属的反应无从得知，这限制了焚烧技术的广泛推广使用。
4.cn104076123a公开了一种污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统，包括：滴管炉子系统含滴管炉、微量给粉机和炉温控制系统，微量给粉机经管道输出粉体至滴管炉中刚玉管内，炉温控制系统通过滴管炉中的电热丝控制升温速率和炉内温度；配风子系统含各有输出管道连通至混气罐的若干气瓶，各气瓶的输出管道上都设有减压阀和流量计控制气瓶的输出流量，混气罐的输出经装有质量流量计的管道送至滴管炉中刚玉管内；测量子系统含用管道依次连接的探枪、连接脐带管、过滤器和冷凝吸收系统，探枪插入刚玉管内，探枪、连接脐带管及过滤器设有加热控制系统。但是，该污泥与煤混合燃烧烟气中汞释放特性的研究实验系统不能得到污泥焚烧过程中碱金属及碱土金属的反应。
5.cn104101680a公开了一种分析污泥燃烧特性的系统，包括：内嵌控制分析软件的电脑通过数据线分别连接热天平、质谱仪和红外光谱仪，提供实验气氛氮气和氧气的气体室有气管连接至热天平，在热天平中升温反应后污泥燃烧产生的烟气经气体保温套管分别通向质谱仪和红外光谱仪。本发明还涉及采用所述系统分析污泥燃烧特性的方法。但是，该分析污泥燃烧特性的系统的结构复杂且无法得到污泥焚烧过程中碱金属及碱土金属的反应过程。
6.cn201555843u公开了一种用于研究煤粉在悬浮态下的燃烧特性的试验装置，其由圆柱体型筒向下连接倒锥形筒，在倒锥形筒缩口处与气体管道连接组成，其特征是在圆柱体型筒上端气体出口处设置倒y型加料管，并将其深入到圆柱体型筒的中部，倒y型加料管是石英的。
7.目前公开的用于研究污泥对燃烧影响的系统装置都有一定的缺陷，存在着结构复杂、无法得到污泥焚烧过程中碱金属及碱土金属的反应过程、采样过程危险、采样结果具有
不确定性。因此，开发一种研究污泥对燃烧影响的系统装置及其运行方法至关重要。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种研究污泥对燃烧影响的系统装置及其运行方法与应用，本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置利用给粉装置、气体输送装置与燃烧装置实现污泥粉体的燃烧，借助光学测量装置实现污泥燃烧过程中碱金属及碱土金属的原位光学测量，避免了从火焰场中取样的安全性问题，提高了测量的准确性，适用于垃圾焚烧发电领域，具有较好的工业应用前景。
9.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
10.第一方面，本发明提供了一种研究污泥对燃烧影响的系统装置，所述系统装置包括给粉装置、气体输送装置、燃烧装置与光学测量装置；
11.所述给粉装置与燃烧装置连接，所述气体输送装置分别与给粉装置及燃烧装置连接，所述光学测量系统设置于燃烧装置上方；
12.所述气体输送装置输送的气体将给粉装置输出的污泥粉体输送至燃烧装置，所述光学测量装置将燃烧装置产生的光信号转化为电信号。
13.本发明所述电信号最终以光谱图像的形式显示。
14.本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置利用给粉装置、气体输送装置与燃烧装置实现污泥粉体的燃烧，借助光学测量装置实现污泥燃烧过程中碱金属及碱土金属的原位光学测量，避免了从火焰场中取样的安全性问题，提高了测量的准确性，适用于垃圾焚烧发电领域，具有较好的工业应用前景。
15.本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置通过光学测量装置完成燃烧时产生的光信号的接收，通过高能激光直接对污泥粉体进行激发，实现了纳米尺度上电子、晶格与激发能量之间的传递，利用气相击穿极限和凝聚相击穿极限差异，将激光能量设置低于气相击穿极限而高于凝聚相击穿极限，从而准确测得凝聚相物质中目标元素原子光谱信号，进一步分析元素从气相到凝聚相的转变过程，并能够在一定程度上反映凝聚相的体积分数信息，这种非侵入式的原位光学测量减少了燃烧过程中取样引起的流场扰动，同时避免了高温火焰场中取样的安全性隐患。
16.本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置不仅适用于科研分析，同样适用于实际工程问题中面临的燃烧过程中的结焦和设备腐蚀问题，通过选取不同的激光的激发波长，可实现对多种元素进行实时原位光学测量，甚至可同步得到多种元素在同一时刻的信号变化，对工程中引起腐蚀问题的多种元素共同作用的机理问题进行解答，进一步延长设备的使用寿命，提升设备的使用效率。
17.本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置能够实现对污泥粉体燃烧过程的原位光学测量，实现对污泥燃烧过程中凝聚相态变化的原位分析，有效解决污泥燃烧过程引起的各种工程性问题，同时本发明不仅适用于污泥燃烧的机理分析，对于生活垃圾与沼渣的燃烧也同样适用，本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置能够有效缓解当前固废焚烧所面临的因样品原因带来的各种问题，促进固废焚烧技术的发展。
18.作为本发明一种优选的技术方案，所述燃烧装置包括壳体，所述壳体的下端封闭且上端开口，所述壳体内设置有隔板，所述隔板将壳体分割为下方的下腔室与上方的上腔
室；所述壳体内上腔室的上方设置有蜂窝燃烧器；
19.所述壳体内还设置有毛细管，所述毛细管的下端位于下腔室内，所述毛细管由下而上依次穿过隔板、上腔室与蜂窝燃烧器，所述毛细管顶端的上方形成燃烧区，所述蜂窝燃烧器上方的毛细管形成的区域外壁与壳体的内壁之间的区域为外围冷却区；
20.所述燃烧装置还包括给粉管，所述给粉管的下端与给粉装置连通，所述给粉管从壳体外由下而上依次穿过下腔室、隔板、上腔室与蜂窝燃烧器进入燃烧区。
21.本发明所述给粉装置与燃烧装置通过输料管连通，所述给粉装置的出料口与输料管的连接方式包括套管连接，所述输料管与给粉管通过转接装置连接，所述输料管包括聚四氟乙烯管。
22.本发明所述燃烧区的外壁与壳体的内壁之间形成宽度为2.5～3.5mm环形外围冷却区，例如可以是2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm或3.5mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；所述外围冷却区能够减少周围空气的夹带，增加火焰的稳定性；所述外围冷却区中气体流动方式与毛细管周围的蜂窝燃烧器通孔内气体流动方式相同。
23.本发明所述给粉管的口径大于污泥粉体的最大粒径。
24.作为本发明一种优选的技术方案，所述毛细管由蜂窝燃烧器的通孔穿过蜂窝燃烧器，每根所述毛细管周围设置有六个通孔。
25.本发明所述毛细管的数量为260～300根，例如可以是260根、265根、270根、275根、280根、285根、290根、295根或300根，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
26.本发明所述毛细管的数量与蜂窝燃烧器的通孔数量之比为1:2。
27.本发明所述毛细管的数量与蜂窝燃烧器的通孔数量与位置的设置有利于实现燃料气体与氧气在燃烧区的混合均匀。
28.优选地，所述蜂窝燃烧器的外径为50～70mm，例如可以是50mm、52mm、55mm、57mm、60mm、62mm、65mm、67mm或70mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
29.本发明所述蜂窝燃烧器具有轴对称性。
30.优选地，所述毛细管的外径为1.2～2mm，例如可以是1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
31.优选地，所述给粉管位于燃烧装置的轴心。
32.优选地，所述隔板包括硅胶垫。
33.优选地，所述给粉管的材质包括不锈钢。
34.优选地，所述蜂窝燃烧器的材质包括哈氏合金。
35.作为本发明一种优选的技术方案，所述光学测量装置包括激光器、光谱仪与光电转换器；
36.所述激光器与燃烧区位于同一水平面，所述激光器发射的激光束与燃烧区的中轴线之间的夹角为60～90度；
37.所述光谱仪的狭缝与燃烧区位于同一水平面，所述光谱仪的狭缝接收燃烧区产生
的光谱信号；
38.所述光电转换器与光谱仪电性连接。
39.本发明所述光学测量装置包括至少一个激光器，所述激光器包括nd:yag激光器，所述激光器用于发射激光来激发污泥粉体中的元素产生光谱信号。
40.本发明限定了激光器发射的激光束与燃烧区的中轴线之间的夹角为60～90度，例如可以是60度、62度、65度、68度、70度、72度、75度、78度、80度、82度、85度、88度或90度，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
41.本发明所述光学测量装置的光谱仪捕捉污泥粉体的燃烧过程中碱金属及碱土金属的光谱信号，通过光电转换器将光谱仪捕捉的光谱信号转化为电信号，电信号传输到与增强电荷耦合器件相机对应的显示器上进行成像得到光谱图像。
42.本发明所述光谱仪与光电转换器电性连接；所述光谱仪具有可调节的狭缝；本发明所述光电转换器包括增强电荷耦合器件相机，所述增强电荷耦合器件相机的光栅密度为1200groove/mm。
43.本发明所述激光器产生的激光波长为532nm，频率为10hz。
44.作为本发明一种优选的技术方案，所述光学测量装置还包括第一消色差透镜、第一像旋转透镜、第二像旋转透镜与第二消色差透镜；
45.所述光学测量装置还包括与激光器相对设置激光收集器；
46.所述第一消色差透镜与燃烧区位于同一水平面，所述第一消色差透镜的中轴线与激光器发射的激光束之间的夹角为60～90度；
47.所述激光器发射的激光束、燃烧区的中轴线与第一消色差透镜的中轴线交于一点；
48.所述第一消色差透镜与第一像旋转透镜位于同一水平面，所述第一消色差透镜的中轴线与第一像旋转透镜之间的夹角为30～60度；
49.所述第一像旋转透镜位于第二像旋转透镜上方，所述第一像旋转透镜与第二像旋转透镜之间的夹角为90度；
50.所述第二消色差透镜与第二像旋转透镜位于同一水平面，所述第二消色差透镜的中轴线与第二像旋转透镜之间的夹角为30～60度；
51.所述光谱仪的狭缝与第二消色差透镜位于同一水平面，所述第二消色差透镜形成的光斑位于在光谱仪狭缝上。
52.本发明限定了第一消色差透镜的中轴线与激光器发射的激光束之间的夹角为60～90度，例如可以是60度、62度、65度、68度、70度、72度、75度、78度、80度、82度、85度、88度或90度，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
53.本发明限定了第一消色差透镜的中轴线与上像旋转透镜之间的夹角为30～60度，例如可以是30度、32度、35度、38度、40度、42度、45度、48度、50度、53度、55度、58度或60度，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
54.本发明限定了第二消色差透镜的中轴线与第二像旋转透镜之间的夹角为30～60度，例如可以是30度、32度、35度、38度、40度、42度、45度、48度、50度、53度、55度、58度或60度，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
55.作为本发明一种优选的技术方案，所述给粉装置包括电源与至少一组给粉组件，
所述电源与给粉组件电性连接，所属给粉组件之间通过串联和/或并联连接，所属给粉组件与燃烧装置连接。
56.本发明所述给粉装置包括电源与至少一组给粉组件，例如可以是两组给粉组件、三组给粉组件、五组给粉组件或十组给粉组件，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
57.优选地，所述给粉组件包括储粉器、搅拌器与振动器，所述搅拌器设置于储粉器上方，所述振动器位于储粉器下方，所述搅拌器及振动器分别与电源电性连接；所述搅拌器搅拌分散储粉器内的污泥粉体，所述振动器振动分散储粉器内的污泥粉体。
58.本发明所述给粉装置基于高频振荡原理实现污泥粉体的分散进料，所述储粉器包括储粉管，所述搅拌器包括搅拌针，所述振动器包括压电陶瓷片；所述储粉管上方的搅拌针搅拌使污泥粉体流动，防止污泥粉体输出给粉装置时发生堵塞。
59.本发明所述给粉组件的平均给粉速率为0.06～0.1g/min，例如可以是0.06g/min、0.062g/min、0.065g/min、0.068g/min、0.07g/min、0.072g/min、0.075g/min、0.078g/min、0.08g/min、0.083g/min、0.085g/min、0.088g/min、0.09g/min、0.093g/min、0.095g/min、0.098g/min或0.1g/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
60.优选地，所述电源包括直流稳压电源。
61.本发明所述直流稳压电源将交流电转变为电压范围为20～70v之间的直流电，例如可以时20v、25v、30v、35v、40v、45v、50v、55v、60v、65v或70v，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；所述直流电在给粉组件的电路作用下转变为能够驱动振动器振动的交变电流，所述给粉组件内的压电陶瓷片在交变电流的作用下高频振动，污泥粉体在高频振动过程中分散开，随载流气体进入燃烧装置。
62.本发明所述直流稳压电源的电压根据给粉组件的工作特性进行调节。
63.作为本发明一种优选的技术方案，所述气体输送装置包括惰性气体输送器、氧气输送器与燃料气体输送器；
64.所述惰性气体输送器分别与给粉装置及上腔室连通，所述氧气输送器与上腔室连通，所述燃料气体输送器与下腔室连通。
65.本发明所述惰性气体输送器输送的气体包括惰性气体，所述惰性气体包括氮气、氦气、氖气、氩气或氪气中的任意一种或至少两种的组合；本发明所述氧气输送器输送的气体包括氧气；本发明所述燃料气体输送器输送的气体包括燃料气体，所述燃料气体包括甲烷、一氧化碳或氢气中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括甲烷与一氧化碳的组合，一氧化碳与氢气的组合，甲烷与氢气的组合，或甲烷、一氧化碳与氢气的组合。
66.本发明所述上腔室通入氮气与氧气更符合工业上的实际燃烧情况。
67.第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述研究污泥对燃烧影响的系统装置的运行方法，所述运行方法包括：
68.气体输送装置输出的惰性气体将给粉装置输出的污泥粉体输送至燃烧装置；气体输送装置向燃烧装置输送的燃料气体与氧气在燃烧装置的燃烧区形成火焰场，污泥粉体在火焰场内发生燃烧反应；光学测量装置发射激光束激发污泥粉体中的元素产生光谱信号，
光学测量装置接收光谱信号并将光谱信号转换为电信号。
69.作为本发明一种优选的技术方案，所述运行方法包括以下步骤：
70.(1)向给粉组件的储粉器内填装污泥粉体，在直流稳压电源供电下，给粉组件的振动器发生振动，从而使储粉器内的污泥粉体形成分散状态，给粉组件的搅拌器搅拌使污泥粉体流动，防止污泥粉体输出给粉装置时发生堵塞；
71.(2)惰性气体输送器输出的惰性气体将给粉装置输出的污泥粉体输送至燃烧装置的给粉管，并在惰性气体的作用下输送到给粉管上端的燃烧区；惰性气体输送器与氧气输送器向燃烧装置的上腔室分别输送惰性气体与氧气，氧气通过蜂窝燃烧器的通孔进入燃烧区；燃料气体输送器向燃烧装置的下腔室输送燃料气体，燃料气体通过燃烧装置的毛细管进入燃烧区；燃烧区在惰性气体、氧气与燃料气体的作用下形成火焰场，污泥粉体在火焰场内发生燃烧反应；
72.(3)光学测量装置的激光器发射的激光束激发污泥粉体中的元素产生光谱信号，光谱信号通过第一消色差透镜投射到第一像旋转透镜，再反射到第二像旋转透镜，第二像旋转透镜将光谱信号投射到第二消色差透镜后汇聚到光谱仪的狭缝内，再由光电转换器将光谱信号转换为电信号。
73.第三方面，本发明提供了一种如第一方面所述研究污泥对燃烧影响的系统装置的应用，所述研究污泥对燃烧影响的系统装置用于垃圾焚烧发电。
74.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
75.(1)本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置通过光学测量装置完成燃烧时产生的光信号的接收，通过高能激光直接对污泥粉体进行激发，实现了纳米尺度上电子、晶格与激发能量之间的传递，利用气相击穿极限和凝聚相击穿极限差异，将激光能量设置低于气相击穿极限而高于凝聚相击穿极限，从而准确测得凝聚相物质中目标元素原子光谱信号，进一步分析元素从气相到凝聚相的转变过程，并能够在一定程度上反映凝聚相的体积分数信息，这种非侵入式的原位光学测量减少了燃烧过程中取样引起的流场扰动，同时避免了高温火焰场中取样的安全性隐患；
76.(2)本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置不仅适用于科研分析，同样适用于实际工程问题中面临的燃烧过程中的结焦和设备腐蚀问题，通过选取不同的激光的激发波长，可实现对多种元素进行实时原位光学测量，甚至可同步得到多种元素在同一时刻的信号变化，对工程中引起腐蚀问题的多种元素共同作用的机理问题进行解答，进一步延长设备的使用寿命，提升设备的使用效率；
77.(3)本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置能够实现对污泥粉体燃烧过程的原位光学测量，实现对污泥燃烧过程中凝聚相态变化的原位分析，有效解决污泥燃烧过程引起的各种工程性问题，同时本本发明不仅适用于污泥燃烧的机理分析，对于生活垃圾与沼渣的燃烧也同样适用，本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置能够有效缓解当前固废焚烧所面临的因样品原因带来的各种问题，促进固废焚烧技术的发展。
附图说明
78.图1为本发明一个具体实施方式所述研究污泥对燃烧影响的系统装置的结构示意图。
79.图2为本发明一个具体实施方式所述燃烧装置的结构示意图。
80.图3为本发明应用例中得到的碱金属钠的光谱信号图。
81.图4为本发明应用例中得到的碱金属钾的光谱信号图。
82.其中，1-给粉装置；2-气体输送装置；3-燃烧装置；4-光学测量装置；5-燃料气体输送器；6-氧气输送器；7-惰性气体输送器；8-给粉装置的出料口；9-振动器；10-储粉器；11-搅拌器；12-电源；13-输料管；14-给粉组件；15-给粉管；16-下腔室；17-毛细管；18-隔板；19-上腔室；20-蜂窝燃烧器；21-燃烧区；22-第一像旋转透镜；23-第二像旋转透镜；24-第二消色差透镜；25-光电转换器；26-第一消色差透镜；27-激光收集器；28-光谱仪；29-激光器。
具体实施方式
83.需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
84.需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
85.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
86.在一个具体实施方式中，如图1所示，本发明提供了一种研究污泥对燃烧影响的系统装置，所述系统装置包括给粉装置1、气体输送装置2、燃烧装置3与光学测量装置4；
87.所述给粉装置1与燃烧装置3连接，所述气体输送装置2分别与给粉装置1及燃烧装置3连接，所述光学测量装置4设置于燃烧装置3上方；
88.所述气体输送装置2输送的气体将给粉装置1输出的污泥粉体输送至燃烧装置3，所述光学测量装置4将燃烧装置3产生的光信号转化为电信号。
89.本发明所述电信号最终以光谱图像的形式显示。
90.本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置利用给粉装置1、气体输送装置2与燃烧装置3实现污泥粉体的燃烧，借助光学测量装置4实现对污泥燃烧过程中碱金属及碱土金属的原位光学测量，避免了从火焰场中取样的安全性问题，提高了测量的准确性，适用于垃圾焚烧发电领域，具有较好的工业应用前景。
91.本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置通过光学测量装置4完成燃烧时产生的光信号的接收，通过高能激光直接对污泥粉体进行激发，实现了纳米尺度上电子、晶格与激发能量之间的传递，利用气相击穿极限和凝聚相击穿极限差异，将激光能量设置低于气相击穿极限而高于凝聚相击穿极限，从而准确测得凝聚相物质中目标元素原子光谱信号，进一步分析元素从气相到凝聚相的转变过程，并能够在一定程度上反映凝聚相的体积分数
信息，这种非侵入式的原位光学测量减少了燃烧过程中取样引起的流场扰动，同时避免了高温火焰场中取样的安全性隐患。
92.本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置不仅适用于科研分析，同样适用于实际工程问题中面临的燃烧过程中的结焦和设备腐蚀问题，通过选取不同的激光的激发波长，可实现对多种元素进行实时原位光学测量，甚至可同步得到多种元素在同一时刻的信号变化，对工程中引起腐蚀问题的多种元素共同作用的机理问题进行解答，进一步延长设备的使用寿命，提升设备的使用效率。
93.本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置能够实现对污泥粉体燃烧过程的原位光学测量，实现对污泥燃烧过程中凝聚相态变化的原位分析，有效解决污泥燃烧过程引起的各种工程性问题，同时本本发明不仅适用于污泥燃烧的机理分析，对于生活垃圾与沼渣的燃烧也同样适用，本发明所述研究污泥对燃烧影响的系统装置能够有效缓解当前固废焚烧所面临的因样品原因带来的各种问题，促进固废焚烧技术的发展。
94.进一步地，如图2所示，所述燃烧装置3包括壳体，所述壳体的下端封闭且上端开口，所述壳体内设置有隔板18，所述隔板18将壳体分割为下方的下腔室16与上方的上腔室19；所述壳体内上腔室19的上方设置有蜂窝燃烧器20；
95.所述壳体内还设置有毛细管17，所述毛细管17的下端位于下腔室16内，所述毛细管17由下而上依次穿过隔板18、上腔室19与蜂窝燃烧器20，
96.所述毛细管17顶端的上方形成燃烧区21，所述蜂窝燃烧器20上方的毛细管17形成的区域外壁与壳体的内壁之间的区域为外围冷却区；
97.所述燃烧装置3还包括给粉管15，所述给粉管15的下端与给粉装置1连通，所述给粉管15从壳体外由下而上依次穿过下腔室16、隔板18、上腔室19与蜂窝燃烧器20进入燃烧区21。
98.本发明所述给粉装置1与燃烧装置3通过输料管13连通，所述给粉装置的出料口8与输料管13的连接方式包括套管连接，所述输料管13与给粉管15通过转接装置连接，所述输料管13包括聚四氟乙烯管。
99.本发明所述燃烧区21的外壁与壳体的内壁之间形成宽度为2.5～3.5mm环形外围冷却区；所述外围冷却区能够减少周围空气的夹带，增加火焰的稳定性；所述外围冷却区中气体流动方式与毛细管17周围的蜂窝燃烧器20通孔内气体流动方式相同。
100.本发明所述给粉管15的口径大于污泥粉体的最大粒径。
101.进一步地，所述毛细管17由蜂窝燃烧器20的通孔穿过蜂窝燃烧器20，每根所述毛细管17周围设置有六个通孔。
102.本发明所述毛细管17的数量为260～300根。
103.本发明所述毛细管17的数量与蜂窝燃烧器20的通孔数量之比为1:2。
104.本发明所述毛细管17的数量与蜂窝燃烧器20的通孔数量与位置的设置有利于实现燃料气体与氧气在燃烧区21的混合均匀。
105.进一步地，所述蜂窝燃烧器20的外径为50～70mm。
106.本发明所述蜂窝燃烧器20具有轴对称性。
107.进一步地，所述毛细管17的外径为1.2～2mm。
108.进一步地，所述给粉管15位于燃烧装置3的轴心。
109.进一步地，所述隔板18包括硅胶垫。
110.进一步地，所述给粉管15的材质包括不锈钢。
111.进一步地，所述蜂窝燃烧器20的材质包括哈氏合金。
112.进一步地，所述光学测量装置4包括激光器29、光谱仪28与光电转换器25；
113.所述激光器29与燃烧区21位于同一水平面，所述激光器29发射的激光束与燃烧区21的中轴线之间的夹角为60～90度；
114.所述光谱仪28的狭缝与燃烧区21位于同一水平面，所述光谱仪28的狭缝接收燃烧区21产生的光谱信号；
115.所述光电转换器25与光谱仪28电性连接。
116.本发明所述光学测量装置4包括至少一个激光器29，所述激光器29包括nd:yag激光器，所述激光器29用于发射激光来激发污泥粉体中的元素产生光谱信号。
117.本发明所述光学测量装置4的光谱仪28捕捉污泥粉体的燃烧过程中碱金属及碱土金属的光谱信号，通过光电转换器25将光谱仪28捕捉的光谱信号转化为电信号，最终得到光谱图像。
118.本发明所述光谱仪28与光电转换器25电性连接；所述光谱仪28具有可调节的狭缝；本发明所述光电转换器25包括电荷耦合器件相机，所述电荷耦合器件相机的光栅密度为1200groove/mm。
119.本发明所述激光器29产生的激光波长为532nm，频率为10hz。
120.进一步地，所述光学测量装置4还包括第一消色差透镜26、第一像旋转透镜22、第二像旋转透镜23与第二消色差透镜24；
121.所述光学测量装置4还包括与激光器29相对设置激光收集器27；
122.所述第一消色差透镜26与燃烧区21位于同一水平面，所述第一消色差透镜26的中轴线与激光器29发射的激光束之间的夹角为60～90度；
123.所述激光器29发射的激光束、燃烧区21的中轴线与第一消色差透镜26的中轴线交于一点；
124.所述第一消色差透镜26与第一像旋转透镜22位于同一水平面，所述第一消色差透镜26的中轴线与第一像旋转透镜之间的夹角为30～60度；
125.所述第一像旋转透镜22位于第二像旋转透镜23上方，所述第一像旋转透镜22与第二像旋转透镜23之间的夹角为90度；
126.所述第二消色差透镜24与第二像旋转透镜23位于同一水平面，所述第二消色差透镜24的中轴线与第二像旋转透镜23之间的夹角为30～60度；
127.所述光谱仪28的狭缝与第二消色差透镜24位于同一水平面，所述第二消色差透镜24形成的光斑位于在光谱仪28狭缝上。
128.进一步地，所述给粉装置1包括电源12与至少一组给粉组件14，所述电源12与给粉组件14电性连接，所属给粉组件14之间通过串联和/或并联连接，所属给粉组件14与燃烧装置3连接。
129.本发明所述给粉装置1包括电源12与至少一组给粉组件14。
130.进一步地，所述给粉组件14包括储粉器10、搅拌器11与振动器9，所述搅拌器11设置于储粉器10上方，所述振动器9位于储粉器10下方，所述搅拌器11及振动器9分别与电源
12电性连接；所述搅拌器11搅拌分散储粉器10内的污泥粉体，所述振动器9振动分散储粉器10内的污泥粉体。
131.本发明所述给粉装置1基于高频振荡原理实现污泥粉体的分散进料，所述储粉器10包括储粉管，所述搅拌器11包括搅拌针，所述振动器9包括压电陶瓷片；所述储粉管上方的搅拌针搅拌使污泥粉体流动，防止污泥粉体输出给粉装置1时发生堵塞。
132.本发明所述给粉组件14的平均给粉速率为0.06～0.1g/min。
133.进一步地，所述电源12包括直流稳压电源。
134.本发明所述直流稳压电源将交流电转变为电压范围为20～70v之间的直流电；所述直流电在给粉组件14的电路作用下转变为能够驱动振动器9振动的交变电流，所述给粉组件14内的压电陶瓷片在交变电流的作用下高频振动，污泥粉体在高频振动过程中分散开，随载流气体进入燃烧装置3。
135.本发明所述直流稳压电源的电压根据给粉组件14的工作特性进行调节。
136.进一步地，所述气体输送装置2包括惰性气体输送器7、氧气输送器6与燃料气体输送器5；
137.所述惰性气体输送器7分别与给粉装置1及上腔室19连通，所述氧气输送器6与上腔室19连通，所述燃料气体输送器5与下腔室16连通。
138.本发明所述惰性气体输送器7输送的气体包括惰性气体，所述惰性气体包括氮气、氦气、氖气、氩气或氪气中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氮气与氦气的组合，氖气与氩气的组合，氩气与氪气的组合，或氮气、氦气与氖气的组合；本发明所述氧气输送器6输送的气体包括氧气；本发明所述燃料气体输送器5输送的气体包括燃料气体，所述燃料气体包括甲烷、一氧化碳或氢气中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括甲烷与一氧化碳的组合，一氧化碳与氢气的组合，甲烷与氢气的组合，或甲烷、一氧化碳与氢气的组合。
139.本发明所述上腔室19通入氮气与氧气更符合工业上的实际燃烧情况。
140.在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种如第一方面所述研究污泥对燃烧影响的系统装置的运行方法，所述运行方法包括：
141.气体输送装置2输出的惰性气体将给粉装置1输出的污泥粉体输送至燃烧装置3；气体输送装置2向燃烧装置3输送的燃料气体与氧气在燃烧装置3的燃烧区21形成火焰场，污泥粉体在火焰场内发生燃烧反应；光学测量装置4发射激光束激发污泥粉体中的元素产生光谱信号，光学测量装置4接收光谱信号并将光谱信号转换为电信号，最终得到光谱图像。
142.进一步地，所述运行方法包括以下步骤：
143.(1)向给粉组件14的储粉器10内填装污泥粉体，在直流稳压电源供电下，给粉组件14的振动器9发生振动，从而使储粉器10内的污泥粉体形成分散状态，给粉组件14的搅拌器11搅拌使污泥粉体流动，防止污泥粉体输出给粉装置1时发生堵塞；
144.(2)惰性气体输送器7输出的惰性气体将给粉装置1输出的污泥粉体输送至燃烧装置3的给粉管15，并在惰性气体的作用下输送到给粉管15上端的燃烧区21；惰性气体输送器7与氧气输送器6向燃烧装置3的上腔室19分别输送惰性气体与氧气，氧气通过蜂窝燃烧器20的通孔进入燃烧区21；燃料气体输送器5向燃烧装置3的下腔室16输送燃料气体，燃料气
体通过燃烧装置3的毛细管17进入燃烧区21；燃烧区21在惰性气体、氧气与燃料气体的作用下形成火焰场，污泥粉体在火焰场内发生燃烧反应；
145.(3)光学测量装置4的激光器29发射的激光束激发污泥粉体中的元素产生光谱信号，光谱信号通过第一消色差透镜26投射到第一像旋转透镜22，再反射到第二像旋转透镜23，第二像旋转透镜23将光谱信号投射到第二消色差透镜24后汇聚到光谱仪28的狭缝内，再由光电转换器25将光谱信号转换为电信号，最终得到光谱图像。
146.在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种如第一方面所述研究污泥对燃烧影响的系统装置的应用，所述研究污泥对燃烧影响的系统装置用于垃圾焚烧发电。
147.应用例
148.本应用例提供了一种研究污泥对燃烧影响的系统装置在污泥粉体燃烧中的应用：
149.(1)调整研究污泥对燃烧影响的系统装置中燃烧装置3与光学测量装置4的位置，确保激光束作用在污泥粉体上激发产生的光谱信号能够准确被光谱仪28采集到；调整激光器29的位置，确保激光器29发射的激光束的最大激光强度位置处于燃烧装置3中给粉管15的正上方；调整第一消色差透镜26的位置，使所述激光器29发射的激光束、燃烧区21的中轴线与第一消色差透镜26的中轴线交于一点；调整第一像旋转透镜22的位置使来自第一消色差透镜26的像在第一像旋转透镜22与第二像旋转透镜23组合下发生90度偏转，并形成高低落差，使偏转后的像投影到第二消色差透镜24的中心，经第二消色差透镜24聚焦后成像焦点落在光谱仪28的狭缝上；
150.(2)将光谱仪28的狭缝打开，调节电荷耦合器件相机的参数，选取毫秒级别的门宽进行成像校准，微调第一消色差透镜26、第一像旋转透镜22、第二像旋转透镜23与第二消色差透镜24直至与调节电荷耦合器件相机对应的显示器上能看到清晰的像，后将光谱仪28的狭缝拉起使仅有目标元素光谱信号可以通过，打开激光器29发出脉冲激光，调节电荷耦合器件相机的参数，选取纳秒级别的门宽进行激光光谱信号校准，微调第一消色差透镜26、第一像旋转透镜22、第二像旋转透镜23与第二消色差透镜24直至与调节电荷耦合器件相机对应的显示器上能看到清楚的光谱信号；
151.(4)向给粉组件14的储粉管内填装筛分后的污泥粉体，填装完成后将搅拌针放置于储粉管内，连接直流稳压电源与给粉组件14，调节直流稳压电源的电压为50v，保持给粉速率稳定在0.08～0.085g/min，同时直流稳压电源会驱动给粉组件14的搅拌针，搅拌针带动储粉管内的污泥粉体流动，储粉管内的样品在压电陶瓷片的高频率振动下变成污泥粉体颗粒，在氮气作用下被输送到燃烧装置3的给粉管15内；
152.(5)污泥粉体颗粒从燃烧装置3的给粉管15出来前，检查燃烧装置3的毛细管17是否发生堵塞，未堵塞的毛细管17另一端连接燃烧装置3的下腔室16，其内通入燃料气体，燃料气体在燃烧装置3的下腔室16内充满后沿着毛细管17的孔口流出到燃烧区21，在燃烧区21与从蜂窝燃烧器20流出的氧气与惰性气体混合，形成数百个小型扩散火焰，由于毛细管17的孔径与蜂窝燃烧器20的通孔孔径较小，燃料气体、氧氧气和惰性气体发生充分混合，充分混合后的火焰为一维的平铺的淡蓝色火焰，产生的火焰为来自给粉管15的污泥粉体颗粒提供火焰场；
153.(6)氮气将污泥粉体颗粒输送进入火焰场中，在激光器29发射的波长为532nm的激光作用下，火焰场中碱金属及碱土金属的元素信号被激发，辐射出的光谱信号通过第一消
色差透镜26投射到第一像旋转透镜22，再投射到第二像旋转透镜23，第二像旋转透镜23将光谱信号投射到第二消色差透镜24后汇聚到光谱仪28的狭缝内，光谱仪28接收光谱信号，电荷耦合器件相机将光谱仪28接收的光谱信号转换为电信号，最终得到光谱图像；
154.如图3～4所示，所述研究污泥对燃烧影响的系统装置运行后得到污泥燃烧过程中碱金属钠与碱金属钾的光谱信号。
155.申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。