[发明专利]一种高准确度的燃气热值测量系统的燃烧测试装置

说明书

技术领域

本发明属于计量测试领域，涉及基于燃烧法测定燃气热值的实验装置，尤其涉及 不确定度（≤0.3%）的燃气热值计量系统。

背景技术

目前，气体燃料在我国能源结构中所占比重快速提高，燃气热值作为天然气国际 贸易的结算单位，其准确度对燃气的公平贸易具有十分重要的意义。但是我国现有燃气热 值计量体系不完善，远落后于欧洲国家。

燃气热值指一定体积或质量的燃气完全燃烧所放出的热量，当所生成的水蒸气完 全冷凝成水而释放的热量称为高位热值。气体燃料热值测试仪主要基于开放火焰燃烧法， 即燃气样品在等温环境下定压燃烧。开放火焰燃烧法又分为两类：定流量法和定质量法。 GB/T12206-2006中采用“容克式水流式热量计”就是定流量法开放火焰燃烧法热值测量装 置，其热值不确定度只能达到1%。定质量法最早由Rossini提出，欧洲燃气测试联盟和法国 国家计量院对Rossini法改进后，研制出热值不确定度达到0.05%的燃气热值测量装置。国 内技术远不如国际技术。

基于Rossini法直接测试燃气热值的基本原理是：一定质量的燃气送入燃烧室中 缓慢定压燃烧，释放的热量全部由容器内的吸热介质吸收，通过测试吸热介质的温升，可得 到总发热量，则燃气热值可由下式计算得到：

式中c_eq为容器内吸热介质与燃烧室、搅拌器等的当量比热，ΔT为吸热介质的温升， m_gas为燃气质量，K为考虑系统散热等引起的热量修正。

获得高准确度燃气热值测试结果的前提是准确测试得到系统当量比热、吸热介质 的温升、燃气质量以及系统散热引起的热量修正。

因此，一种高准确度的燃气热值测量系统要求实现系统当量比热和吸热介质温升 的准确测量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高准确度的燃气热值测量系统 的燃烧测试装置，为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高准确度的燃气热值测量系统的燃烧测试装置，包括外部恒温槽、主体容器、燃烧 室、导流筒、斜桨式搅拌器、测温元件、等效热容测试电加热单元、半导体预冷单元，燃气燃 烧释放的热量在主体容器内被吸热介质吸收而得到精确测量，热值测量不确定度优于0.3% （k=2）。

进一步的，所述外部恒温槽的控温准确度为±2mK，为燃烧测试提供恒定的环境温 度，修正吸热介质的传热量。

进一步的，所述主体容器内所设置吸热介质是纯净水。进一步的，所述主体容器由 不锈钢制成双层壳体和双层盖板，所述壳体是直径不一的两个圆弧壁面及三块平板焊接而 成的不规则桶体。所述壳体与盖板通过法兰密封。所述盖板上加工一定数目的圆孔，所述搅 拌轴和测温元件通过直径不同的圆孔插入主体容器内的吸热介质中。所述双层盖板的开孔 的密封通过紧固件组合与密封圈的配合完成。

进一步的，还包括燃烧室，燃烧室由进气管、点火腔、燃烧腔、出气盘管以及点火装 置和感温元件组成。

进一步的，所述进气管包括：燃气进气管，自所述点火腔的底部伸入到点火腔的中 上部；氧、氩混合气体进气管，分别通过点火腔壁面的下部与点火腔连通。

进一步的，所述点火装置由两根金属点火线及圆环管组成。所述点火线之间的距 离通过所述圆环管固定；所述出气盘管的下部设有水平储液管；所述感温元件置于点火腔 的上端。

进一步的，所述斜桨式搅拌器安装于搅拌轴的底部，位于吸热介质水位高度的中 部。

进一步的，所述等效热容测试电加热单元由电加热带、参考电阻和恒定电源串联 组成，电加热带两端电压与参考电阻两端电压由数字万用表采集。所述电加热带均匀缠绕 在燃烧腔的外壁面上。

进一步的，所述半导体预冷单元由半导体制冷片、水冷散热翅片、散热风扇、水冷 散热器、水泵、水箱及连接管道组成。

本发明的高准确度的燃气热值测量系统的燃烧测试装置通过设置电功率模拟燃 气燃烧放热过程，精确测量系统等效热容量；通过燃烧的方法直接测量燃气热值，保证热值 测量不确定度优于0.3%（k=2）。

附图说明

图1是发明的总体结构示意图；

图2是燃烧室的结构示意图；