集成煙氣排放和功率曲線測試的燃燒器熱態(tài)測試裝置的制作方法
本發(fā)明涉及燃燒器性能測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種集成煙氣排放和功率曲線測試的燃燒器熱態(tài)測試裝置。
背景技術(shù)：
燃燒器工業(yè)在我國是伴隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和國家能源結(jié)構(gòu)的變化而成長起來的一個新興產(chǎn)業(yè)，它作為燃油、燃氣鍋爐的核心部件，近幾年獲得了飛速的發(fā)展。燃燒器是否能夠正常運行，不但關(guān)系到安全，同時也涉及到環(huán)保和節(jié)能。為了保障燃燒器的安全運行，考慮到環(huán)保和節(jié)能的要求，針對燃油燃氣燃燒器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計、安裝與系統(tǒng)、運行與維護、安全與控制裝置、技術(shù)資料與銘牌要求等，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局(以下簡稱國家質(zhì)檢總局)在2008年1月8日頒布了《燃油(氣)燃燒器型式試驗規(guī)則》(TSG ZB002-2008)。
根據(jù)《燃油(氣)燃燒器型式試驗規(guī)則》相關(guān)規(guī)定，對燃燒器的煙氣排放、功率曲線、火焰穩(wěn)定性等有嚴格的規(guī)定。目前，用于測量煙氣排放、功率曲線的火焰穩(wěn)定性的設(shè)備很多，但這些設(shè)備均各自獨立，雖然這些設(shè)備便于攜帶，但測試時這些設(shè)備之間無法同步，而且多數(shù)設(shè)備要充電后才能工作，缺乏實時性和持續(xù)性，最終結(jié)果不夠準確。這是本申請需要著重改善的地方。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是要提供一種能同時進行三種測試，且測試結(jié)果準確、精度高的集成煙氣排放和功率曲線測試的燃燒器熱態(tài)測試裝置。
為了解決以上的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種集成煙氣排放和功率曲線測試的燃燒器熱態(tài)測試裝置，該燃燒器熱態(tài)測試裝置包括工控機，工控機與煙氣信號采集模塊、功率曲線信號采集模塊、火焰穩(wěn)定性信號采集模塊連接，煙氣信號采集模接收工控機發(fā)出的指令，對燃燒器指定的煙氣測點燃燒排放的煙氣進行測試分析；功率曲線信號采集模塊將采集的燃燒室壓力、燃料流量、燃料壓力和燃料溫度信號送入工控機，經(jīng)工控機數(shù)據(jù)處理后得出功率曲線圖；火焰穩(wěn)定性信號采集模塊通過攝像頭，在測試鍋爐的火焰觀察孔的位置對火焰進行實時監(jiān)控，將視頻信號送入工控機，并顯示在屏幕上。
所述煙氣測點安裝在燃燒器的指定位置，通過對煙氣的冷凝過濾除水除塵處理，對煙氣中一氧化碳、一氧化氮、氧含量百分比的成分進行分析，測得煙氣排放數(shù)據(jù)。
所述攝像頭安裝在測試爐的火焰觀察孔，將采集到的視頻信號傳輸工控機，把視頻畫面呈現(xiàn)在顯示屏幕上，直接觀察火焰的形狀大小、顏色和變化趨勢。
所述功率曲線信號采集模塊采集燃燒室壓力、燃料流量、燃料壓力和燃料溫度信號送入工控機，經(jīng)工控機數(shù)據(jù)處理后得出功率曲線圖。
本發(fā)明在燃燒器處于有火焰運行狀態(tài)下，測得燃燒器的煙氣排放、功率曲線和火焰穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。熱態(tài)是指燃燒器處于有火焰時的運行狀態(tài)。
本發(fā)明的煙氣排放測試時，先要將氣體取樣探頭插入煙道中，然后啟動燃燒器熱態(tài)測試裝置，此時燃燒器熱態(tài)測試裝置抽取煙道中的煙氣，經(jīng)過第一次過濾除塵，再經(jīng)過帶伴熱的采樣通道進入冷凝過濾裝置除水除塵裝置，最后進入煙氣分析儀，對煙氣中一氧化碳(CO)、一氧化氮(NOx)和氧含量百分比(O2％)的成分進行分析，最后得出上述煙氣排放的測量結(jié)果，并顯示在顯示屏幕上
本發(fā)明的火焰穩(wěn)定性測試，采用USB3.0工業(yè)攝像頭安裝在測試爐的火焰觀察孔將采集到的視頻信號傳輸工控機，把視頻畫面呈現(xiàn)在顯示屏幕上，直接觀察火焰的形狀大小、顏色、變化趨勢。避免檢測人員直接正視火焰觀察，更加安全，而且可以全程監(jiān)控，極大得提高了測試效率。
本發(fā)明的燃燒器功率曲線測試時，燃燒器進入熱態(tài)運行，通過功率曲線信號采集模塊采集燃燒室壓力、燃料流量、燃料壓力和燃料溫度信號送入工控機，經(jīng)工控機數(shù)據(jù)處理后得出功率曲線圖。
本發(fā)明的優(yōu)越功效在于：
1)本發(fā)明是集成了煙氣排放測試、功率曲線測試、火焰穩(wěn)定性測試的三個性能指標的裝置，集成度高；
2)本發(fā)明測試的準確度和精度高；
3)本發(fā)明提高了測試效率，可以更快、更好得完成測試。
附圖說明
構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
圖1為本發(fā)明的電路原理框圖；
圖2為本發(fā)明單級式燃燒器工作曲線和測點圖；
圖3為本發(fā)明兩級調(diào)節(jié)式、多級調(diào)節(jié)式或連續(xù)調(diào)節(jié)式燃燒器工作曲線和測點圖；
圖中標號說明
1—氣體取樣探頭； 2—樣氣傳輸管道；
3—過濾器； 4—除濕器；
5—精細過濾器； 6—隔膜缺氧泵；
7—蠕動泵； 8—預(yù)過濾器；
9—煙氣分析儀； 10—煙氣壓力表；
11—煙氣溫度表； 12—工控機及顯示屏；
13—工業(yè)攝像頭。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。
如圖1所示，本發(fā)明提供了一種集成煙氣排放和功率曲線測試的燃燒器熱態(tài)測試裝置，該燃燒器熱態(tài)測試裝置包括工控機，工控機與煙氣信號采集模塊、功率曲線信號采集模塊、火焰穩(wěn)定性信號采集模塊連接，煙氣信號采集模接收工控機發(fā)出的指令，對燃燒器指定的煙氣測點燃燒排放的煙氣進行測試分析；功率曲線信號采集模塊將采集的燃燒室壓力、燃料流量、燃料壓力和燃料溫度信號送入工控機，經(jīng)工控機數(shù)據(jù)處理后得出功率曲線圖；火焰穩(wěn)定性信號采集模塊通過工業(yè)攝像頭13，在測試鍋爐的火焰觀察孔的位置對火焰進行實時監(jiān)控，將視頻信號送入工控機，并顯示在屏幕上。
所述煙氣測點安裝在燃燒器的指定位置，通過對煙氣的冷凝過濾除水除塵處理，對煙氣中一氧化碳、一氧化氮、氧含量百分比的成分進行分析，測得煙氣排放數(shù)據(jù)。
所述工業(yè)攝像頭13安裝在測試爐的火焰觀察孔，將采集到的視頻信號傳輸工控機，把視頻畫面呈現(xiàn)在顯示屏幕上，直接觀察火焰的形狀大小、顏色和變化趨勢。
所述功率曲線信號采集模塊采集燃燒室壓力、燃料流量、燃料壓力和燃料溫度信號送入工控機，經(jīng)工控機數(shù)據(jù)處理后得出功率曲線圖。
本發(fā)明的煙氣排放測試時，首先要將探頭插入煙道中，然后啟動燃燒器熱態(tài)測試裝置，此時燃燒器熱態(tài)測試裝置會抽取煙道中的煙氣，經(jīng)過第一次過濾除塵，再經(jīng)過帶伴熱的采樣通道進入M&C公司的冷凝過濾裝置除水除塵，最后進入煙氣分析儀，對煙氣中一氧化碳(CO)、一氧化氮(NOx)、氧含量百分比(O2％)的成分進行分析，最后得出上述煙氣排放測量結(jié)果，并顯示在顯示屏幕上。煙氣排放測試連接原理圖如圖1所示。
測試點按照圖1(圖中煙道為圓形)布置，具體要求如下：
(1)煙氣排放測量點：布置在煙道中，與煙氣流動方向垂直，插入深度為煙道直徑的1/3處，測試時不能有空氣漏入；
(2)煙道壓力測量點，布置在距離煙氣分析測點0.15D，距離測試爐后墻的距離為2D處；
(3)煙氣溫度測量點，布置在距離煙道壓力測點0.15D處。
本發(fā)明的火焰穩(wěn)定性測試，采用USB3.0工業(yè)攝像頭安裝在測試爐的火焰觀察孔將采集到的視頻信號傳輸工控機，把視頻畫面呈現(xiàn)在顯示屏幕上，可以直接觀察火焰的形狀大小、顏色、變化趨勢。連接原理圖如圖1所示，避免檢測人員直接正視火焰觀察，更加安全，而且可以全程監(jiān)控，極大得提高了測試效率。觀察火焰時按照以下步驟判斷火焰穩(wěn)定性：
(1)燃燒器按照功率曲線運行至各個測試點時，觀察燃燒器出口火焰根部有無無飄動現(xiàn)象，對于燃油燃燒器，其在負荷可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，觀察火焰周邊是否出現(xiàn)黑色顆粒流；
(2)燃燒器按照功率曲線運行至各個測試點時，觀察火焰是否連續(xù)正常燃燒至少10分鐘。
本發(fā)明的燃燒器功率曲線測試時，燃燒器進入熱態(tài)運行，通過信號采集模塊采集燃燒室壓力、燃料流量、燃料壓力和燃料溫度信號送入工控機，經(jīng)工控機數(shù)據(jù)處理后得出功率曲線圖，如圖2、圖3所示。圖中縱坐標燃燒室壓力由信號采集所得，橫坐標燃燒功率由計算所得，計算方法如下：
1.燃氣燃燒器的輸出熱功率計算
可以通過以下兩個公式中的任何一個來計算：
QN＝0.278MN×Hi
QN＝0.278VN×Hi
式中：
QN－輸出熱功率，kW；
MN－在標準狀態(tài)下(溫度為273.15K，壓力為101.325kPa)干燃氣的質(zhì)量(重量)流量，kg/h，該值由信號采集燃料流量所得；
VN－在標準狀態(tài)下(溫度為273.15K，壓力為101.325kPa)干燃氣的體積流量，m3/h，該值由信號采集燃料流量所得；
Hi－燃氣低位發(fā)熱量，在式(1)中單位為MJ/kg；式(2)中單位為MJ/m3，該值由燃料化驗單位提供。
實際上，燃氣在測試期間并不處于標準狀態(tài)。因此，必須將實際測量的結(jié)果進行修正。
當燃氣以質(zhì)量(重量)為單位時，可以通過下式對質(zhì)量(重量)流量進行修正：
當燃氣以體積為單位時，可以通過下式對體積流量進行修正：
Mo與Vo的可相互轉(zhuǎn)換，公式如下：
M0＝1.226×V0×d
以上公式中：
Mo－標準狀態(tài)下的質(zhì)量(重量)流量，kg/h；
M－測試狀態(tài)下的質(zhì)量(重量)流量，kg/h；
Vo－標準狀態(tài)下的體積流量，m3/h；
V－測試狀態(tài)下的體積流量，m3/h；
Pat－大氣壓力，hPa；
P－燃氣壓力，hPa；
tg－燃氣溫度，℃；
d－干燃氣相對于干空氣的密度；
dr－干標準氣體相對于干空氣的密度。
2.燃油燃燒器輸出熱功率計算
可以通過以下公式計算：
QN＝0.278B×Hi
式中：
QN－輸出熱功率，kW；
B－燃油消耗量，kg/h；
Hi－燃油低位發(fā)熱量，MJ/kg；
如圖2、圖3所示，燃燒器功率曲線測試具體測試步驟如下：
點1的測試：
(1)啟動燃燒器，并將燃燒器輸出熱功率調(diào)節(jié)至最大值；
(2)供電電壓調(diào)節(jié)至額定電壓；
(3)將燃燒室壓力至最小值；
(4)測量煙氣O2％、CO和NOx的含量,并調(diào)節(jié)空氣和燃油的比例,使煙氣排放達到《規(guī)則》要求；
(5)持續(xù)運行20分鐘，觀察火焰的穩(wěn)定性。
點2的測試：
(1)啟動燃燒器，并將燃燒器輸出熱功率調(diào)節(jié)至額定值；
(2)供電電壓調(diào)節(jié)至額定電壓；
(3)燃燒室壓力至相應(yīng)值(對于單級式燃燒器的最大值)；
(4)測量煙氣O2％、CO和NOx的含量,并調(diào)節(jié)空氣和燃油的比例,使煙氣排放達到《規(guī)則》要求；
(5)持續(xù)運行20分鐘，觀察火焰的穩(wěn)定性。
點3的測試：
(1)啟動燃燒器，并將燃燒器輸出熱功率調(diào)節(jié)至最小值；
(2)供電電壓調(diào)節(jié)至額定電壓；
(3)將燃燒室壓力至最大值；
(4)測量煙氣O2％、CO和NOx的含量,并調(diào)節(jié)空氣和燃油的比例,使煙氣排放達到《規(guī)則》要求；
(5)持續(xù)運行20分鐘，觀察火焰的穩(wěn)定性。
點4的測試：
(1)啟動燃燒器，并將燃燒器輸出熱功率調(diào)節(jié)至最小值；
(2)供電電壓調(diào)節(jié)至額定電壓；
(3)將燃燒室壓力至最小值(可以為零或負壓)；
(4)測量煙氣O2％、CO和NOx的含量,并調(diào)節(jié)空氣和燃油的比例,使煙氣排放達到《規(guī)則》要求；
(5)持續(xù)運行10分鐘，觀察火焰的穩(wěn)定性。
點5的測試
(1)啟動燃燒器，并將燃燒器輸出熱功率調(diào)節(jié)至最大值；
(2)供電電壓調(diào)節(jié)至額定電壓；
(3)將燃燒室壓力至最小值(可以為零或負壓)；
(4)測量煙氣O2％、CO和NOx的含量,并調(diào)節(jié)空氣和燃油的比例,使煙氣排放達到《規(guī)則》要求；
(5)持續(xù)運行10分鐘，觀察火焰的穩(wěn)定性。
點6的測試
(1)啟動燃燒器，并將燃燒器輸出熱功率調(diào)節(jié)至最大值；
(2)供電電壓調(diào)節(jié)至額定電壓；
(3)將燃燒室壓力至最大值；
(4)測量煙氣O2％、CO和NOx的含量,并調(diào)節(jié)空氣和燃油的比例,使煙氣排放達到《規(guī)則》要求；
(5)持續(xù)運行20分鐘，觀察火焰的穩(wěn)定性。
其中點2、點5為單級式、多級調(diào)節(jié)式或連續(xù)調(diào)節(jié)式燃燒器；點6為多級調(diào)節(jié)式或連續(xù)調(diào)節(jié)式燃燒器。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)先實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
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