熱解過程中固體顆粒測量裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種熱解過程中固體顆粒測量裝置及方法。該方法采用在吸收池內燃燒待測量的物質，攝影設備與吸收池配合拍攝測量物質的燃燒狀態，吸收池內設有反射元件并利用紅外光激光器、透鏡、第一紅外光探測器以及第二紅外光探測器設置成紅外光激光器發出的紅外光經過透鏡后形成紅外光折射光和紅外光反射光，紅外光反射光由第一紅外光探測器接收，紅外光折射光射入吸收池并在吸收池內經由反射元件多次反射后射出吸收池并由第二紅外光探測器接收。本發明專利技術解決了同步測量快速熱解過程中固體顆粒物理形態及關鍵組分的問題，獲得清晰的火焰形態及高時間分辨氣相組分，綜合兩者結果以研究快速熱解過程中固體顆粒的燃燒特性。以研究快速熱解過程中固體顆粒的燃燒特性。以研究快速熱解過程中固體顆粒的燃燒特性。

【技術實現步驟摘要】
熱解過程中固體顆粒測量裝置及方法


[0001]本專利技術涉及光學檢測領域，特別涉及一種熱解過程中固體顆粒測量裝置及 方法。

技術介紹

[0002]快速熱解是固體燃料轉化成液體燃料的主要途徑之一，它要求樣品在較高 溫度下(450℃～600℃)被快速加熱(加熱速率超過1000K/min)，且滯留時間 通常小于2秒，以獲得高達75wt％的液態生物油產品。生物質快速熱解技術盡 管取得了一些進展，但是還存在著不夠經濟的問題，大規模商業化應用還有較 長的路要走。對固體燃料快速熱解過程中發生的化學、物理變化的模糊認識限 制了快速熱解技術的進一步發展。快速熱解的時間尺度通常是亞秒量級的， Dauenhauer等人用高速相機(1000幀/秒)獲得了纖維素快速熱解時的相態變 化，記錄了中間液體浸潤加熱表面的過程，并根據實驗結果初步建立了熱解過 程中的熱傳遞及氣溶膠形成模型。固體燃料在發生相變、氣化等過程的同時， 還伴隨著舊化學鍵的斷裂與新化學鍵的形成。由于這個過程非常迅速以至于很 難捕捉到其中的產物信息，研究者對其中的化學變化的認識仍然很模糊。熱解 生成的永久性氣體產物包括CO、CO2、H2O、H2等。對這些主要的氣相產物的準 確、實時的測量是構建快速熱解機理與模型的關鍵。氣相色譜作為分離和定性 手段可以對氣相產物進行較準確的定性與定量分析，但它只能獲取數十分鐘內 產物的平均信息。質譜作為檢測器可以提升對產物分析的時間分辨，然而通常 也達不到毫秒級分辨率。近年來，可調諧二極管激光吸收光譜(Tunable DiodeLaser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技術被廣泛應用在固體燃料轉化領 域，使用高頻激光作為光源可實現毫秒級的時間分辨，從而對熱解過程的產物 進行快速診斷。為了對固體燃料快速熱解過程中發生的化學、物理變化得到更 為清晰的認識，亟需發展一種能夠同步測量快速熱解過程中固體顆粒物理形態 及關鍵組分的裝置及方法，以便完善學術研究，加快生物質快速熱解技術的大 規模商業化。

技術實現思路

[0003]本專利技術的目的是提供一種能夠同步測量快速熱解過程固體顆粒物理形態 及關鍵組分的裝置及方法。
[0004]為實現上述目的，本專利技術提供了一種熱解過程中固體顆粒測量裝置，用于 測量熱解過程中固體顆粒的物理形態及組分，所述測量裝置包括吸收池、攝影 設備、紅外光激光器、透鏡、第一紅外光探測器以及第二紅外光探測器，
[0005]所述吸收池用于燃燒待測量的物質并設有反射元件，所述攝影設備與所述 吸收池配合并用于拍攝所述物質的燃燒狀態；
[0006]所述紅外光激光器、透鏡、第一紅外光探測器以及第二紅外光探測器布置 成所述紅外光激光器發出的紅外光經過所述透鏡后形成紅外光折射光和紅外 光反射光，所述紅外光反射光由所述第一紅外光探測器接收，所述紅外光折射 光射入所述吸收池并在所述吸收池內經由所述反射元件多次反射后射出所述 吸收池并由所述第二紅外光探測器接
收。
[0007]在一個實施例中，所述測量裝置包括至少一個反射鏡，所述至少一個反射 鏡安裝于所述紅外光反射光和/或所述紅外光折射光的光路上并用于改變所述 紅外光反射光和/或所述紅外光折射光的傳播方向。
[0008]在一個實施例中，所述吸收池的側壁設有至少一個透視窗，所述攝影設備 安裝于所述透視窗的外側并與所述透視窗配合以拍攝所述吸收池內的物質的 燃燒狀態。
[0009]在一個實施例中，所述測量裝置還包括第一反射鏡、第二反射鏡和第三反 射鏡，所述第一反射鏡設置于所述吸收池的入口光路上并用于改變從所述透鏡 出來的紅外光折射光的傳播方向，所述第二反射鏡設置于所述第一紅外光探測 器的進入光路上并用于改變經所述透鏡反射的紅外光反射光的傳播方向，以及 所述第三反射鏡設置于所述吸收池的出口光路上并用于改變從所述吸收池出 來的光的傳播方向。
[0010]在一個實施例中，所述測量裝置還包括可見光激光器，所述可見光激光器 發出的光經過所述透鏡后形成可見光反射光和可見光折射光，所述可見光反射 光與所述紅外光折射光重合，所述可見光折射光與所述紅外光反射光重合。
[0011]在一個實施例中，所述測量裝置還包括第四反射鏡、多個第五反射鏡、第 六反射鏡以及第七反射鏡，所述第四反射鏡設置于所述可見光激光器的出口光 路上并用于改變進入所述透鏡的可見光的傳播方向，所述多個第五反射鏡設置 于所述透鏡與所述吸收池之間并用于改變所述透鏡到所述吸收池的光的傳播 方向，所述第六反射鏡設置于所述吸收池的出口光路上并用于改變從所述吸收 池到所述第二紅外光探測器的光的傳播方向，以及所述第七反射鏡設置于所述 第一紅外光探測器的進入光路上并用于改變經所述透鏡反射的光的傳播方向。
[0012]在一個實施例中，所述吸收池內設有第一柱面鏡和第二柱面鏡，所述第一 柱面鏡和所述第二柱面鏡在所述吸收池內相對布置并分別位于吸收池的入口 光路和出口光路上，其中所述第一柱面鏡設有光線入口，所述第二柱面鏡設有 光線出口，進入吸收池的光經過所述光線入口以后在所述第一柱面鏡和所述第 二柱面鏡之間多次反射后經由所述光線出口離開所述吸收池。
[0013]在一個實施例中，所述第一柱面鏡和所述第二柱面鏡的反射面的投影布置 在同一個圓上。
[0014]在一個實施例中，所述第一柱面鏡和所述第二柱面鏡均為邊長位于 50
?
200mm之間，曲率半徑400mm的方形柱面鏡。
[0015]在一個實施例中，所述測量裝置還包括加熱器，所述加熱器設置于所述吸 收池內并用于對待測量的物質進行加熱；較佳地，所述加熱器為碳化硅加熱片。
[0016]在一個實施例中，所述加熱器布置在所述第一柱面鏡和第二柱面鏡之間， 并優選布置在所述第一柱面鏡和所述第二柱面鏡的中心位置。
[0017]在一個實施例中，所述測量裝置還包括控溫儀，所述控溫儀與所述加熱器 電路連接并用于調節所述加熱器的溫度。
[0018]在一個實施例中，所述測量裝置還包括進料管，所述進料管垂直設置于所 述加熱器的上方，待測量的物質通過重力由所述進料管進入所述吸收池。
[0019]在一個實施例中，所述進料管為石英管。
[0020]在一個實施例中，所述測量裝置還包括數據采集單元，所述數據采集單元 分別與所述第一紅外光探測器以及所述第二紅外光探測器信號連接以收集所 述第一紅外光探測器和所述第二紅外光探測器采集的吸收光譜信號。
[0021]在一個實施例中，所述數據采集單元為數據采集卡。
[0022]在一個實施例中，所述測量裝置還包括數據處理單元，所述數據處理單元 與所述數據采集單元和所述攝影設備信號連接。
[0023]在一個實施例中，所述攝影設備的快門速度在1000
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100000幀/秒的范圍。
[0024]在一個實施例中，所述第一紅外光探測器和所述第二紅外光探測器采集所 述紅外光反射光和所述紅外光折射光的頻率在10000
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種熱解過程中固體顆粒測量裝置，用于測量熱解過程中固體顆粒的物理形態及組分，其特征在于，所述測量裝置包括吸收池、攝影設備、紅外光激光器、透鏡、第一紅外光探測器以及第二紅外光探測器，所述吸收池用于燃燒待測量的物質并設有反射元件，所述攝影設備與所述吸收池配合并用于拍攝所述物質的燃燒狀態；所述紅外光激光器、透鏡、第一紅外光探測器以及第二紅外光探測器布置成所述紅外光激光器發出的紅外光經過所述透鏡后形成紅外光折射光和紅外光反射光，所述紅外光反射光由所述第一紅外光探測器接收，所述紅外光折射光射入所述吸收池并在所述吸收池內經由所述反射元件多次反射后射出所述吸收池并由所述第二紅外光探測器接收。2.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述測量裝置包括至少一個反射鏡，所述至少一個反射鏡安裝于所述紅外光反射光和/或所述紅外光折射光的光路上并用于改變所述紅外光反射光和/或所述紅外光折射光的傳播方向。3.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述吸收池的側壁設有至少一個透視窗，所述攝影設備安裝于所述透視窗的外側并與所述透視窗配合以拍攝所述吸收池內的物質的燃燒狀態。4.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述測量裝置還包括第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡，所述第一反射鏡設置于所述吸收池的入口光路上并用于改變從所述透鏡出來的紅外光折射光的傳播方向，所述第二反射鏡設置于所述第一紅外光探測器的進入光路上并用于改變經所述透鏡反射的紅外光反射光的傳播方向，以及所述第三反射鏡設置于所述吸收池的出口光路上并用于改變從所述吸收池出來的光的傳播方向。5.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述測量裝置還包括可見光激光器，所述可見光激光器發出的光經過所述透鏡后形成可見光反射光和可見光折射光，所述可見光反射光與所述紅外光折射光重合，所述可見光折射光與所述紅外光反射光重合。6.根據權利要求5所述的測量裝置，其特征在于，所述測量裝置還包括第四反射鏡、多個第五反射鏡、第六反射鏡以及第七反射鏡，所述第四反射鏡設置于所述可見光激光器的出口光路上并用于改變進入所述透鏡的可見光的傳播方向，所述多個第五反射鏡設置于所述透鏡與所述吸收池之間并用于改變所述透鏡到所述吸收池的光的傳播方向，所述第六反射鏡設置于所述吸收池的出口光路上并用于改變從所述吸收池到所述第二紅外光探測器的光的傳播方向，以及所述第七反射鏡設置于所述第一紅外光探測器的進入光路上并用于改變經所述透鏡反射的光的傳播方向。7.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述吸收池內設有第一柱面鏡和第二柱面鏡，所述第一柱面鏡和所述第二柱面鏡在所述吸收池內相對布置并分別位于吸收池的入口光路和出口光路上，其中所述第一柱面鏡設有光線入口，所述第二柱面鏡設有光線出口，進入吸收池的光經過所述光線入口以后在所述第一柱面鏡和所述第二柱面鏡之間多次反射后經由所述光線出口離開所述吸收池。在一個實施例中，所述第一柱面鏡和所述第二柱面鏡的反射面的投影布置在同一個圓上。在一個實施例中，所述第一柱面鏡和所述第二柱面鏡均為邊長位于50
?
200mm之間，曲率半徑400mm的方形柱面鏡。
8.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述測量裝置還包括加熱器，所述加熱器設置于所述吸收池內并用于對待測量的物質進行加熱；較佳地，所述加熱器為碳化硅加熱片。在一個實施例中，所述加熱器布置在所述第一柱面鏡和第二柱面鏡之間，并優選布置在所述第一柱面鏡和所述第二柱面鏡的中心位置。9.根據權利要求8所述的測量裝置，其特征在于，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：齊飛，周忠岳，劉訓臣，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：