一种基于堆积床结构的均匀性测试系统及方法

1.本发明属于多孔介质堆积床领域，尤其涉及一种基于堆积床结构的均匀性测试系统及方法。


背景技术：

2.多孔介质燃烧器是一种新型的燃烧器，目前越来越广泛的应用于工程领域；多孔介质燃烧器与传统的燃烧器相比具有蓄热能力更好、燃烧极限宽、燃烧效率高、温度分布均匀、污染物排放效率低等优点，多孔介质燃烧器通过导热和辐射换热，充分利用燃烧产生的热量，可有效的将上游区预混气体燃烧产生的热量从下游区通过辐射换热以及对流导热传入上游区用以加热气体，充分利用其燃烧产生的热量；且多孔介质燃烧器有助于拓宽燃烧极限，稳定火焰燃烧，减少污染物的排放，实现低碳燃烧。
3.在整体式多孔介质燃烧器中燃烧的温度较低，污染物排放量较大，不能充分利用燃料和实现低碳燃烧，造成了大量的环境污染及能源浪费；因此多孔介质燃烧器中的堆积床结构受到越来越多的关注，多孔介质堆积床结构能随着多孔介质燃烧器的形状改变而改变，且堆积床结构有较好的蓄热能力，能够实现高温燃烧，其最高温度可达1300℃，能使得燃料充分利用，且较高的温度可以降低污染物的排放，实现低碳燃烧。
4.由于多孔介质堆积床载体种类众多，由a2o3小球、zro2小球、鸟巢支撑剂等，其共同特点是堆积床颗粒较小，排列方式多变，且对于柱体结构而言排列的均匀性不一。


技术实现要素：

5.针对技术背景存在的问题，本发明采用氮气供气装置向两个多孔介质堆积床中通入氮气，计算同一位点两个堆积床中的浓度差，判定其不均匀性。采用给水泵向两个多孔介质堆积床中通入相同量的水流，计算水流通过时间差值，判定其不均匀性。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.一种基于堆积床结构的均匀性测试系统，其特征在于：包括多孔介质堆积床结构，分别与多孔介质堆积床结构相连接的供气装置、给水系统、烟雾系统；其中：多孔介质堆积床结构包括内筒，所述内筒上部设有分隔开的均匀多孔介质堆积床和待测多孔介质堆积床，其中，供气装置分别向均匀多孔介质堆积床和待测多孔介质堆积床底部通入氮气，所述均匀多孔介质堆积床和待测多孔介质堆积床上方链接气体分析检测装置，所述气体分析检测装置分别对通过多孔介质堆积床和待测多孔介质堆积床不同位点处的氮气浓度差进行检测；
8.所述给水系统分别向均匀多孔介质堆积床和待测多孔介质堆积床中通入流水并记录通过两个多孔介质堆积床的时间，计算两者时间差值；
9.所述烟雾系统在相同压力下使得红色烟雾与绿色烟雾同时进入均匀多孔介质堆积床和待测多孔介质堆积床，待混合烟雾排出时，使用照相机分别对均匀多孔介质和待测多孔介质红色烟雾瓶与绿色烟雾瓶对应的出口位置进行拍照。
10.进一步地，所述气体分析检测装置包括设置在均匀多孔介质堆积床和待测多孔介质堆积床中心位置水平面内间距相同的多组气体采集管，气体采集管的上管口与抽气泵连接，抽气泵左端与采气袋相连接，采气袋左端设有数据分析系统，数据分析系统包括气体分析仪，气体分析仪左端与电脑相连接。
11.进一步地，所述供气装置包括与多孔介质堆积床结构连通的进气管，气体质量流量仪，所述气体质量流量仪上、下端口均连接进气管，且其左端口与减压阀相连接，减压阀左端设有氮气瓶，氮气瓶与氮气增压机通过进气管相连接。
12.进一步地，所述给水系统包括水处理器，水处理器经由水泵通过排水管与储水箱相连接，储水箱左端设有给水泵、给水泵经水压力传感器与排水管相接，给水系统还包括螺杆鼓风机以及发电机。
13.进一步地，所述烟雾系统包括红色烟雾瓶和绿色烟雾瓶，红色烟雾瓶与绿色烟雾瓶上端口分别接有进烟管，进烟管上分别设有压力阀以及压力表以确保红绿烟气流量相同，且烟雾系统还包括照相机。
14.进一步地，所述的多孔介质堆积床结构为鸟巢支撑剂或其他柱体多孔介质。
15.进一步地，所述的采气袋为多个型号相同的采气袋，分别连接多个不同的采气管，依次通过气体分析仪检测其气体浓度。
16.进一步地，所述的水压力传感器为0-1.5mpa供水压力传感器。
17.进一步地，所述的螺杆鼓风机为单螺杆鼓风机或双螺杆鼓风机。
18.本发明还提供一种基于堆积床结构的均匀性测试系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
19.s1：在给水泵的作用下，将在水处理器中去除杂质的水抽出，经由排水管传输到储水箱中，之后由水泵将储水箱中的水抽出通过水压力传感器，水分别喷入两个多孔介质堆积床中；
20.s2：使用电脑记录水流分别通过两个多孔介质堆积床的时间，计算两者时间差值δt，即为时间系数；
21.s3：关闭水泵，打开发电机和螺杆鼓风机，向两个多孔介质堆积床中通入空气，将堆积床颗粒干燥，为下一步骤做准备；
22.s4：打开氮气增压机，调节减压阀，将氮气抽入氮气瓶中，调节质量流量仪，使得固定量的氮气分别泵入两个多孔介质堆积床；
23.s5：打开抽气泵，分别抽取两个多孔介质堆积床中心层六个位点的氮气并通过气体分析仪检测多个位点的氮气浓度，计算两个多孔介质堆积床结构相同位点处的浓度差δc1，δc2，δc3……
δcn，计算其浓度差值平均值δc＝(δc1 δc2 δc3
……
δcn)/n，n为气体采集管组数，δc即为浓度系数；
24.s6：关闭抽气泵及氮气增压机，打开发电机和螺杆鼓风机，向两个多孔介质堆积床中通入空气，为下一步骤做准备；
25.s7：同时打开红色烟雾瓶和绿色烟雾瓶，调节压力阀，在相同压力下使得红色烟雾与绿色烟雾同时进入两个多孔介质堆积床，待混合烟雾排出时，使用照相机分别对均匀多孔介质和待测多孔介质红色烟雾瓶与绿色烟雾瓶对应的出口位置进行拍照，分别记为照片1、照片2、照片3、照片4；
26.s8：关闭红色烟雾瓶和绿色烟雾瓶，打开发电机和螺杆鼓风机，向两个多孔介质堆积床中通入空气，清洗多孔介质堆积床；
27.s9：提取照片1、3的绿色区域像素数量，分别计算其占据照片1、3总色素照片之比，记为k1、k3，同时提取照片2、4的红色区域像素数量，计算其占据照片2、4总色素照片之比，记为k2、k4，k＝[(k
3-k1) (k
4-k2)/2,k即为烟雾混合系数。
[0028]
s10：按照上述步骤对实验临界可接受不均匀度装置进行实验，确定其时间系数δt0、浓度系数δc0、混合系数k0，通过计算不均匀度系数；
[0029]
s11：整理数据，确定上述方法时间系数δt、浓度系数δc、烟雾系数k，代入不均匀度系数公式，与提前进行实验的可接受不均匀度u0进行比较，若u》u0，则判定该装置为不均匀。
[0030]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0031]
1、采用气体浓度测量系统、给水系统、烟雾系统确定时间系数、浓度系数、混合系数，定量计算多孔介质堆积床的不均匀度，在使用多孔介质堆积床时规范其排列方式，实现气体更加快速且均匀的通过多孔介质堆积床；
[0032]
2、通过三种系数的确定，更加全面、准确的判断多孔介质堆积床的不均匀度，可以更好的实现多孔介质燃烧过程中的能量的回收利用，降低污染物的排放量，实现更加高效燃烧；
附图说明
[0033]
图1是本发明的整体结构示意图；
[0034]
图中，1-内筒，2-均匀多孔介质堆积床，3-待测多孔介质堆积床，4-压力阀，5-压力表，6-进烟管，7-红色烟雾瓶，8-绿色烟雾瓶，9-抽气泵，10-采气管，11-氮气增压机，12-氮气瓶，13-减压阀，14-质量流量仪，15-进气管，16-采气袋，17-气体分析仪，18-电脑，19-水处理器，20-水泵，21-储水箱，22-水压力传感器，23-排水管，24-喷水管，25-发电机26-螺杆鼓风机，27-进风管，28-照相机。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的多有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平“、“顶”、“底”、“内”、“外”等指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，并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。
[0037]
此外术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0038]
在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、
[0039]“安装”、“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，或一体地连接；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，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0040]
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，如图所示，本发明提供一种基于堆积床结构的均匀性测试系统，包括多孔介质堆积床结构，分别与多孔介质堆积床结构相连接的供气装置、给水系统；其中：多孔介质堆积床结构包括内筒1，所述内筒1上部设有均匀多孔介质堆积床2与待测多孔介质堆积床3，均匀多孔介质堆积床2与待测多孔介质堆积床3中心位置水平面内分别设置三个相同间距的气体采集管10，气体采集管的上管口与抽气泵9连接，抽气泵9左端与采气袋16相连接，采气袋左端设有数据分析系统，数据分析系统主要包括气体分析仪17，气体分析仪左端与电脑18相连接。供气装置分别包括与多孔介质堆积床结构连通的进气管15，气体质量流量仪14上、下端口均连接进气管15，且其左端口于减压阀13相连接，减压阀13左端设有氮气瓶12，氮气瓶12与氮气增压机11通过进气管15相连接；给水系统包括水处理器19，水处理器19经由水泵20通过排水管23与储水箱21相连接，储水箱21左端设有给水泵、给水泵经水压力传感器22与排水管23相接，此外给水系统还包括螺杆鼓风机26以及发电机25；烟雾系统主要包括红色烟雾瓶7和绿色烟雾瓶8，红色烟雾瓶7与绿色烟雾瓶8上端口分别接有进烟管6，进烟管6上分别设有压力阀4以及压力表5以确保红绿烟气流量相同。
[0041]
多孔介质堆积床上端接给水系统，其中：在给水泵20的作用下，将在水处理器19中去除杂质的水抽出，经由排水管23传输到储水箱13中，之后由水泵将储水箱中的水抽出通过0-1.5mpa的水压力传感器22，之后将水喷入两个多孔介质堆积床2、3；使用电脑18记录水流分别通过两个多孔介质堆积床的时间，计算两者时间差值δt，即为时间系数。
[0042]
多孔介质堆积床下端接供气系统，其中：打开氮气增压机11，调节减压阀13，将氮气抽入氮气瓶12中，调节质量流量仪14，使得固定量的氮气分别泵入两个多孔介质堆积床2、3；打开抽气泵9，分别抽取多孔介质堆积床中心层六个位点的氮气并通过气体分析仪17检测六个位点的氮气浓度，计算两个多孔介质堆积床结构相同位点处的浓度差δc1，δc2，δc3，计算其浓度差值平均值δc＝(δc1 δc2 δc3)/3，δc即为浓度系数；
[0043]
多孔介质堆积床下端设有烟雾系统，其中打开红色烟雾瓶和绿色烟雾瓶，调节压力阀，在相同压力下使得红色烟雾与绿色烟雾同时进入两个多孔介质堆积床，待混合烟雾排出时，使用照相机分别对均匀多孔介质和待测多孔介质红色烟雾瓶与绿色烟雾瓶对应的出口位置进行拍照，分别记为照片1、照片2、照片3、照片4；通过分别对照片红绿像素的提取，计算其所占比列，得到烟雾混合系数k；
[0044]
本实例中的多孔介质堆积床结构2、3为鸟巢支撑剂或其他柱体多孔介质；
[0045]
本实例中的多孔介质堆积床2为完全均匀排列多孔介质堆积床结构，多孔介质堆积床3为待测多孔介质堆积床结构；
[0046]
本发明的堆积床结构的均匀性测试方法如下：
[0047]
步骤s1在给水泵20的作用下，将在水处理器19中去除杂质的水抽出，经由排水管23传输到储水箱21中，之后由水泵将储水箱中的水抽出通过水压力传感器22，水分别喷入
两个多孔介质堆积床2、3中；
[0048]
步骤s2使用电脑18记录水流分别通过两个多孔介质堆积床2、3的时间，计算两者时间差值δt，即为时间系数；
[0049]
步骤s3关闭水泵20，打开发电机25和螺杆鼓风机26，向多孔介质堆积床2、3中通入空气，将堆积床颗粒干燥，为下一步骤做准备；
[0050]
步骤s4打开氮气增压机11，调节减压阀13，将氮气抽入氮气瓶12中，调节质量流量仪14，使得固定量的氮气分别泵入两个多孔介质堆积床2、3；
[0051]
步骤s5打开抽气泵9，分别抽取多孔介质堆积床2、3中心层六个位点的氮气并通过气体分析仪17检测六个位点的氮气浓度，计算两个多孔介质堆积床结构2、3相同位点处的浓度差δc1，δc2，δc3，计算其浓度差值平均值δc＝(δc1 δc2 δc3)/3，δc即为浓度系数；；
[0052]
步骤s6关闭抽气泵9及氮气增压机11，打开发电机25和螺杆鼓风机26，向多孔介质堆积床2、3中通入空气，为下一步骤做准备。
[0053]
步骤s7打开红色烟雾瓶和绿色烟雾瓶，调节压力阀，在相同压力下使得红色烟雾与绿色烟雾同时进入两个多孔介质堆积床，待混合烟雾排出时，使用照相机分别对均匀多孔介质和待测多孔介质红色烟雾瓶与绿色烟雾瓶对应的出口位置进行拍照，分别记为照片1、照片2、照片3、照片4；
[0054]
步骤s8关闭红色烟雾瓶7和绿色烟雾瓶8，打开发电机25和螺杆鼓风机26，向多孔介质堆积床2、3中通入空气，清洗多孔介质堆积床2、3；
[0055]
步骤s9提取照片1、3的绿色区域像素数量，分别计算其占据照片1、3总色素照片之比，记为k1、k3，同时提取照片2、4的红色区域像素数量，计算其占据照片2、4总色素照片之比，记为k2、k4，k＝[(k
3-k1) (k
4-k2)/2,k即为烟雾混合系数；
[0056]
步骤s10按照上述步骤对实验临界可接受不均匀度装置进行实验，确定其时间系数δt0、浓度系数δc0、混合系数k0，通过计算不均匀度系数u0＝δt0·
δc0·
k0；
[0057]
步骤s11整理数据，确定上述方法时间系数δt、浓度系数δc、烟雾系数s，代入不均匀度系数公式u＝δt
·
δc
·
k，与提前进行实验的可接受不均匀度u0进行比较，若u》u0，则判定该装置为不均匀；
[0058]
本发明的工作原理：当整个系统开始工作时，在给水泵20的作用下，将在水处理器19中去除杂质的水抽出，经由排水管23传输到储水箱21中，之后由水泵20将储水箱21中的水抽出通过水压力传感器22，水分别喷入两个多孔介质堆积床2、3中；使用电脑18记录水流分别通过两个多孔介质堆积床2、3的时间，计算两者时间差值δt确定时间系数；打开氮气增压机11，调节减压阀13，将氮气抽入氮气瓶12中，调节质量流量仪14，使得固定量的氮气分别泵入两个多孔介质堆积床2、3；打开抽气泵9，分别抽取多孔介质堆积床中心层六个位点的氮气并通过气体分析仪17检测六个位点的氮气浓度，计算两个多孔介质堆积床结构2、3相同位点处的浓度差δc1、δc2、δc3，计算其浓度差值平均值δc，δc即为浓度系数；打开红色烟雾瓶7和绿色烟雾瓶8，调节压力阀4，通过压力表5读数确保相同压力下使得红色烟雾与绿色烟雾同时进入多孔介质堆积床2、3，使用照相机分别对均匀多孔介质和待测多孔介质红色烟雾瓶与绿色烟雾瓶对应的出口位置进行拍照，分别记为照片1、照片2、照片3、照片4，提取照片1、3的绿色区域像素数量，分别计算其占据照片1、3总色素照片之比，记为k1、
k3，同时提取照片2、4的红色区域像素数量，计算其占据照片2、4总色素照片之比，记为k2、k4，代入公式k＝[(k
3-k1) (k
4-k2)/2，确定混合系数k；将确定的时间系数δt、浓度系数δc、混合系数k代入公式u＝δt
·
δc
·
k计算不均匀度，与实验临界可接受不均匀度u0比较，确定该多孔介质堆积床3的不均匀度；
[0059]
上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。