技术摘要：
本发明公开了一种高效家用燃气实时掺氢与热值测量系统，包括掺氢模块、空气进气模块、燃烧热值测量模块及废气处理模块；所述掺氢模块与空气进气模块相连通，并通过空气进气模块将空气及混合器送入燃烧热值测量模块，最后通过废气处理模块进行排出。本发明的有益效果是  全部
背景技术：
随着可再生能源的大力发展，我国利用可再生能源制氢的技术水平与能力已大幅 提高，而利用氢能包括氢气储运与市场消纳氢气的能力依然不足。早在30年前就有学者提 出，掺氢天然气(HCNG)可以取代天然气(CNG)用于内燃机燃烧做功。虽然目前已有许多针对 掺氢天然气内燃机的研究表明掺氢天然气燃烧有很多优点包括更高的火焰速度,更易燃以 及更低的碳排放，但是此技术并未根本解决氢气难储运的问题。通过已有的天然气管道输 送HCNG以用于燃气灶燃烧，不但较为便捷地解决了氢气输运的问题而且大幅提高了市场消 纳氢气的能力。 目前，关于HCNG用于燃气灶燃烧的研究并不多见，主要体现在掺氢工艺方法、混合 气体燃烧机理两方面。研究掺氢工艺的难点在于充分混合(减小H2与CNG分层现象)。目前， 大部分学者着眼于利用相对较大的混合容器，提高混合接触面积与时间，尽量使H2与CNG在 混合容器中混合均匀。虽然混合容器对储用量相对较小内燃机较为适用，但是对于用量较 大且波动性较大的社区燃气供给不一定适用。因为混合容器尺寸较大且存在较大的漏氢风 险。此外，HCNG燃烧机理也存在很多不确定性。虽然内燃机HCNG燃烧机理相关研究较多也可 以借鉴，但是内燃机主要关注做功能力与燃烧热值的关系(功热转换)，而燃气灶主要考虑 的是放热过程快慢、燃烧是否充分以及燃烧热值大小。此外内燃机内燃烧是定容过程，而燃 气灶燃烧是定压过程。因此综合理论与实验研究HCNG混合与燃烧机理十分重要。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了家用燃气实时掺氢与热值测量系统方 案，使得家用燃气灶产品设计相关技术指标测量更为合理、便捷、准确。 本发明的技术方案如下： 一种高效家用燃气实时掺氢与热值测量系统，其特征在于，包括掺氢模块、空气进 气模块、燃烧热值测量模块及废气处理模块；所述掺氢模块与空气进气模块相连通，并通过 空气进气模块将空气及混合器送入燃烧热值测量模块，最后通过废气处理模块进行排出。 所述的一种高效家用燃气实时掺氢与热值测量系统，其特征在于，所述掺氢模块 包括甲烷储气瓶、氢气储气瓶、配气控制系统、气体混合器、气体流量计及防回气容器；所述 甲烷储气瓶及氢气储气瓶分别通过进气管路连接配气控制系统，从配气控制系统中出来的 气体在气体混合器中充分混合；从气体混合器中出来的气体经过气体流量计，再进入防回 气容器中。 所述的一种高效家用燃气实时掺氢与热值测量系统，其特征在于，所述燃烧热值 测量模块包括复合燃烧器、温度计a、水箱、液体泵、液体流量计及温度计b；所述液体泵将水 4 CN 111589316 A 说　明　书 2/6 页 箱中的纯净水泵入管路系统，经过液体流量计后，进入复合燃烧器中，加热管路中的水，再 从复合燃烧器中出来，回到水箱中，所述复合燃烧器的进口管路端设置温度计b，出口管路 端设置温度计a，用来测量管路中水流的温度。 所述的一种高效家用燃气实时掺氢与热值测量系统，其特征在于，所述空气进气 模块包括空气过滤器、气压平衡器、气体泵及消焰器；气外界空气经过空气过滤器和气压平 衡器，通过气体泵将空气在管路中输送与防回气容器过来的混合气体一起通过消焰器在复 合燃烧器中充分燃烧。 所述的一种高效家用燃气实时掺氢与热值测量系统，其特征在于，所述废气处理 模块包括烟气分析仪及通风橱；复合燃烧器燃烧后产生的废气通过烟气排放出口进入烟气 分析仪分析烟气成分，最后经过通风橱排出。 所述的一种高效家用燃气实时掺氢与热值测量系统，其特征在于，所述气体混合 器包括氢气入口、甲烷入口、前置多孔扰流板、固体颗粒物反应床、后置多孔扰流板、气流出 口及壳体；所述壳体一端设置氢气入口及甲烷入口，另一端设置气流出口，固体颗粒物反应 床采用固体铁金属颗粒，固体铁金属颗粒为圆形，均匀排布在反应床中，固体颗粒物反应床 的前后分别设置前置多孔扰流板及后置多孔扰流板。 所述的一种高效家用燃气实时掺氢与热值测量系统，其特征在于，所述复合燃烧 器中包括气体引射器、点火装置、烟气排放出口、燃烧室、均匀导热板、水流入口及水流出 口；所述气体引射器引入混合气体，通过点火装置点燃在燃烧室中燃烧充分后，经过烟气排 放出口排出；燃烧室燃烧产生的高温热量经过均匀导热板将热量充分传递用来加热管路中 经过水流入口进入和水流出口流出的纯净水。 所述的一种高效家用燃气实时掺氢与热值测量系统，其特征在于，所述前置多孔 扰流板板间均匀设置气流孔道4个，气流孔道逆时针开孔角度为35°； 所述的一种高效家用燃气实时掺氢与热值测量系统，其特征在于，所述后置多孔 扰流板，板间均匀设置气流孔道4个，气流孔道逆时针开孔角度为逆时针145°。 所述的一种高效家用燃气实时掺氢与热值测量系统，其特征在于，所述燃烧热值 测量模块的燃烧热值测量方法如下： 1)通过设置在管路进口处设置温度计b，出口处设置温度计a分别测量得到两个温 度值T′in和T′out， 根据能量计算公式：Q燃烧＝cqmΔ(T′out-T′in)； 得到加热段所需要的热量，其中c为水的比热容，qm为液体流量计所测得的水流 量； 2)对于给定摩尔组分理想燃气组分，在燃烧温度t1和压力p1、计量温度t2和压力p2 时的理想气体高热值计算公式如下： 式中：H0[t1,V(t 32,p2)]为理想混合气体体机高热值(J/m )， 为理想混合气体 摩尔高热值(J/m3)，R为摩尔气体常数，T2为绝对温度(T2＝t2 273.15)(K)； 3)加热段所需要的热量Q燃烧由混合气体燃烧产生的热量提供，有能量守恒定律可 知，Q燃烧＝H 0[t1 ,V(t 2 ,p 2)]，计量温度t 2取两个温度值T′i n和T′o u t的算数平均值， 5 CN 111589316 A 说　明　书 3/6 页 压力p1和压力p2均为25℃下标准大气压值1atm，根据高热值计算公式可得到在 燃烧温度t1时的混合气体燃烧热值 即为燃烧热值测量模块所测得的值； 4)引入华白数，华白数是代表燃气特性的一个参数，其大小为燃气的高热值与燃 气相对密度的平方根之比，理想气体华白数计算公式： 对于给定组分的理想混合燃气，当体积计量压力p2不 变时，理想气体华白数W0[t1,V(t2,p2)]只与气体摩尔高热值成正比，与体积计量参比温度T2 成反比，即： 理想气体比重计算公式： 式中：Mj为组分j的摩尔质量；Mair为干空气摩尔质量；j为气体组分种类数(取值1, 2,3……N)，Xj为组分j气体的占总理想气体的百分比，通过上式计算出的华白数。 本发明的有益效果是： 1)该家用燃气实时掺氢与热值测量系统，在原有家用燃气气源供应燃烧的基础 上，采用管路中掺氢的方式，将氢气与甲烷充分混合，使得在燃烧过程中产生较高的热值， 提高能量的利用率； 2)该家用燃气实时掺氢与热值测量系统，有机的整合了掺氢模块、燃烧热值测量 模块和废气处理模块，为实际应用实验测试提供方案和指导；此外，对于混合气体质量流率 的精准控制和燃烧废弃物排放的有效分析，进一步提高实验装置安全性和降低对环境的污 染物排放。 附图说明 图1为本发明的实验系统原理图； 图2为本发明的气体混合器模型结构剖视图； 图3为本发明的前置多孔扰流板结构剖视图； 图4为本发明的后置多孔扰流板结构剖视图； 图5为本发明的燃烧室模型示意图； 图中：1-甲烷储气瓶、2-氢气储气瓶，3-配气控制系统，4-气体混合器，401-氢气入 口，402-甲烷入口，403-前置多孔扰流板，404-固体颗粒物反应床，405-后置多孔扰流板， 406-气流出口，407-壳体，5-气体流量计，6-防回气容器，7-空气过滤器，8-气压平衡器，9- 气体泵，10-消焰器，11-复合燃烧器，1101-气体引射器，1102-点火装置，1103-烟气排放出 口，1104-燃烧室，1105-均匀导热板，1106-水流入口，1107-水流出口，12-温度计a，13-水 箱，14-液体泵，15-液体流量计，16-温度计b，17-烟气分析仪，18-通风橱。 6 CN 111589316 A 说　明　书 4/6 页