燃烧控制产品中试中心规划与研究

摘 要：中试中心实验装置由点火实验台、燃烧实验台、辅助系统等组成，点火实验实验台及燃烧实验台分别具有65 MW点火试验和45 MW的稳态燃烧试验能力，可以满足固态、液体、气态各种燃料使用，并能进行燃烧器性能测试、燃烧产物成份分析。

关键词：燃烧试验台；点火试验台；测试；排放

中图分类号：TK32 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0061-02

为了提高燃烧控制领域的研发能力和产品检测能力，具备对各类燃烧器进行满负荷的燃烧实验以及性能检测能力，徐州燃控科技股份有限公司规划建设产品中试中心。中试中心立足于国际能源建设与环境保护需求，致力于以煤、油、气为代表的化石燃料和以生物质为代表的绿色燃料的燃烧和转化过程，及其中污染物的生成规律和控制方法的研究。中试中心的特点：采用1：1的实验模型，最真实的模拟实际点火和燃烧工况。

中试中心实验大楼设有光电实验室、理化实验室、热工实验室、力学性能实验室、精测室等，配备便携式烟气分析仪、激光粒度仪、运动粘度测定仪、煤粉自动工业分析仪、量热仪、热重差热综合分析仪、元素分析仪、开口闪电自动测定仪、高温烟气水冷取样枪、抽气式热电偶、红外测温仪、气相色谱仪、奥氏烟气分析仪、热线风速仪、移动式金属元素分析仪、各类电器仪表、流量测量仪表、温度测量仪表、压力测量仪表、浓度测量仪表等。

点火实验台以观察燃烧器的点火状况（室燃）为主要目的，并可进行火焰形状、燃烬率等特性的测试，单支燃烧器输入热功率65 MW，可基本满足配各种容量等级锅炉的燃烧器点火实验的要求。

燃烧实验台功能是进行热功率45 MW及以下燃烧器长期稳态燃烧实验（室燃），可满足对燃烧出力、阻力、燃烧效率、火焰温度场、燃烧产物、NOx生成控制等各项指标的测试，以真实检测燃烧器的热态性能。

1 主要技术性能参数

1.1 点火实验台

点火实验台主要由燃烧器、绝热燃烧室、缩口段、喷淋室、尾部烟道和观察平台等组成，喷淋室后尾部烟道与燃烧实验台共用。燃烧室采用平衡通风方式，仓储式制粉系统，燃料多变。燃烧室前部设有操作平台以便于燃烧器的安装。点火燃烧室开孔包括测量孔、检修孔、人孔、观察孔等，观察孔沿燃烧室左右两侧每2 m各设一个，共24个；测量孔径统一为φ50 mm，左右两侧对称分布。引风机后烟囱前、水膜除尘器后引风机前设置两处人孔。

燃烧室为钢架护板结构，内表面敷设耐火材料，燃烧室前墙开三个直径1.2 m的燃烧器安装孔，缩口段与喷淋室相连。点火实验台及其附属设备和耐火材料，能适应不少于风冷40次的热冲击。

点火实验台主要参数如表1所示。

1.2 燃烧实验台

燃烧实验台由燃烧器、水冷燃烧室、省煤器、空气预热器、尾部烟道、观测平台组成，与点火实验台共用除尘器、引风机和烟囱。采用露天布置。燃烧室前部设单台燃烧器，最大输入热功率为45 MW，采用平衡通风方式。设有烟气再循环系统，从空气预热器后抽取烟气，引至燃烧器入口。

燃烧室采用全膜式水冷壁结构，膜式省煤器，空预器为卧管式结构。实验台汽水系统可采用自然循环或强制循环，运行压力为常压。燃烧室前部设有操作平台以便于燃烧器的拆装。沿燃烧室长度方向，布置多个观察孔，并设有观察平台。

设备满足安全联锁保护，当燃烧室突然灭火或送风机全部跳闸，引风机出现瞬间最大抽力时，炉墙及支撑件不会产生永久变形或垮塌。燃烧室（包括炉墙、钢性梁、炉顶密封连接件等）的设计压力大于±4 500 Pa，瞬间承受压力不低于±8 730 Pa。整个实验装置在必要的地方设置防爆门，同时配置FSSS系统。

燃烧实验台主要参数为：

冷空气/热空气温度：20 ℃/350 ℃；

排烟温度：220 ℃；

燃料输入热功率：45 MW；

给水温度/压力：20 ℃/0.1 MPa；

燃烧室出口温度：～1 050 ℃；

再循环烟气温度：220 ℃；

饱和蒸汽温度/压力：100 ℃/0.11 MPa（a）。

2 系统技术规范

2.1 燃料

实验用固体燃料（煤粉）种类包括：烟煤、褐煤、贫煤、无烟煤等；液体燃料种类包括：0#轻柴油、150#重油、其它重油或渣油、废液等；气体燃料种类主要是天燃气、液化石油气等。

2.2 点火方式

点火实验台采用高能点火枪先点着柴油火焰后，再点燃煤粉；一般采用火焰逐级放大进行少油、微油点火；也可使用等离子枪直接点燃煤粉。

当进行油气燃烧器实验时直接使用高能点火器进行点火。

2.3 一次风系统

燃煤实验时，采用冷风送粉（需要时，启动风道燃烧器预热）。一次风机风压、风量调节采用再循环加变频调节，最大通风量28 000 Nm3/h，保证一次风压在煤粉燃烧器入口处压头不低于4 000 Pa，一次风经过给粉机携粉后进入燃烧器，给粉机后一次风管设置一次风动压、静压、流速、风温的测点。当点火实验台做大功率油点火实验时，此一次风机可以和二次风机联合运行给点火实验台油燃烧器送风。

2.4 二次风系统

燃烧实验台在烧油时仅使用二次风机进行送风，二次风机风压、风量调节采用再循环加变频调节。二次风机最大通风量47 000 Nm3/h，燃烧器入口处风压不低于3 000 Pa。

燃煤点火实验时仅一次风机供风。燃煤燃烧实验时一、二次风机同时供风；二次风一部分经过空预器，其余从空预器旁路通过，在燃烧器前混合以调节二次风温。

2.5 烟气系统

点火实验台高温烟气经喷淋降温后进入除尘器，除尘后经烟道由引风机排入烟囱。燃烧实验台高温烟气经过省煤器、空预器冷却；需要时，空预器出口的10%烟气由再循环风机引至炉前燃烧器进行循环，剩余部分进入旋风水膜除尘器（入口处最大烟气量为150 000 Nm3/h）。

燃烧实验台燃烧室出口正常压力-100±50 Pa，点火实验台燃烧室出口压力-200±50 Pa。在点火实验台喷淋室后和燃烧实验台烟气合并的尾部烟道汇合处设置切换烟气挡板，可以关闭任何一侧进行单侧运行。

2.6 原煤及制粉、送粉系统

根据多种燃料点火和燃烧试验的需要，实验装置设有独立的制粉系统，采用中间储仓式冷风送粉系统，供两个实验台共用。原煤经干燥后进入制粉系统磨煤成合格的煤粉，通过斗式提升机输至粉仓，再通过给粉机输送到一次风道，进入燃烧器。

原煤房堆放面积约40 m2，干燥出力为每次3 t。磨煤机为YGM75型雷蒙磨，出力为0.5～3 t/h。该制粉系统无热风干燥及送粉装置。采用斗式提升机将煤粉从制粉系统输送到3个粉仓，实验时只使用其中的1个粉仓，此输送设备能将煤粉手工切换送至任一粉仓。

设置3个粉仓容量分别为7 t、11 t和18 t；配置3台给粉机，额定出力分别为6、9、15t/h，采用变频调节，给粉机裕量满足《火力发电厂设计技术规程》，下粉应通畅。给粉机分别设置到点火实验台和燃烧实验台各3条的一次风管，这6条一次风管满足不同容量等级的燃烧器，切换采用手动档板。

2.7 燃油、燃气系统

两实验台共用油系统。轻油罐里的轻油，通过油泵，经轻油管路，进入燃烧室燃烧。流量范围10 ～6 500 kg/h，枪前油压为0.5～5.0 MPa，油罐容积为6 m3，采用汽车运输。

重油系统点火实验台和燃烧实验台共用。重油罐中的重油经蒸汽加热至流动状态后，通过油泵，经蒸汽伴热管路，进入蒸汽加热器，达到雾化要求温度后进入燃烧器，经蒸汽雾化后进行燃烧。流量范围50～6 000 kg/h。重油泵压头1.5 MPa，油量6 000 kg/h，油罐容积为6 m3，设计时还需预留（用于增容扩建）一个重油罐的位置。

天燃气管道接入厂区内，经过缓冲罐的天燃气，通过天燃气管道，进入燃烧器内燃烧。其他燃气储存在燃气罐中，调节出口压力，通过燃气管道，进入燃烧器内燃烧。天然气设计压力0.35 MPa，流量4 500 Nm3/h。

2.8 蒸汽系统

启动蒸汽炉额定出力2 t/h，枪前雾化过热蒸汽温度220℃，压力为1.1 MPa。产生的蒸汽用于重油加热、重油伴热、重油管道吹扫、油枪雾化。

2.9 压缩空气系统

压缩空气目前暂定为两台压缩机并联使用，设置2个压缩空气罐，其中一只容积暂定为6 m3、正常气压为4.0 MPa；另一只容积为3 m3、正常气压为0.8 MPa，大罐通过减压阀向小罐供气。大罐作为压缩空气雾化气源，小罐作为等离子发生器和仪用气源。

2.10 水处理系统

原水池冷段水经过水处理设备软化后，给启动炉和燃烧实验台供水。启动蒸汽锅炉给水流量2.5 t/h，燃烧实验台给水流量为60 t/h。

2.11 灰水系统

水膜除尘器及喷淋冷却水循环利用，除尘器含灰水和喷淋室含灰水一起通过灰沟流入污水池内，通过逐级沉淀回流到沉淀池净水段。点火实验台除渣考虑人工定期清扫。

2.12 自动控制及数据采集系统

采用西门子DCS7控制系统，主控系统采用S7-400PLC，实验现场使用ET200远程站，两者之间通过现场总线通信，实验室一楼设置电子间，放置机柜。二楼设置集控室，设有操作员站、工程师站和数据采集站，现场设有触摸屏。集控室的操作员站和触摸屏之间均可操作，以后者优先。

2.13 供配电系统

施工期间工地有一台400 kVA的临变。永久工程为设计为800 kVA，配电室在楼西南角一楼。

2.14 等离子系统

等离子枪布置到炉前一套和演示室两套，分别设置控制系统和电源，控制系统全部接入DCS系统，电源分别为可控硅电源和开关电源，电源可以相互切换备用。

3 中试中心整体布置

燃烧实验台与点火实验台作为主试验设备，并排布置。烟气系统由旋风水幕除尘器、烟道、引风机、烟囱组成，烟气经烟气系统除尘后排进烟囱。共用辅助系统包括制粉系统、送粉一次风系统、二次风系统、燃油系统（含油罐）、燃气系统、水处理系统、压缩空气系统、雾化/伴热蒸汽系统（含启动蒸汽锅炉）等系统组成。除上述系统外，产品中试中心还考虑了原煤堆放、原煤干燥、演示室、燃烧器试验件的堆放场地，中试中心平面布置如图1所示。

4 安全要求

点火实验台的定位是点火观察性实验，燃烧实验台以稳态测试燃烧器性能为主。要本着安全第一的原则，尽可能多的涵盖尽可能多的工况、燃料进行实验。

燃烧室接入FSSS系统和设置防爆门外两项措施。燃烧室爆炸可分为燃烧室外爆及燃烧室内爆两种。

①外爆控制。在15 s内，投运的燃烧器中有50%监测不到火焰，或全燃烧室火焰失去时，锅炉MFT动作。MFT动作后，必须满足如燃油泄漏试验完成、磨煤机出口挡板关闭、磨煤机热风隔离门关闭、25%～30%额定空气流量等防止炉内积聚可燃混合物的吹扫条件，燃烧室才开始连续吹扫5 min之后，MFT继电器才能复位，锅炉才允许点火。

②内爆控制。调节引风机入口动叶开度燃烧室压力维持在设定值范围内，超过报警值时发出报警信号。

③其他控制设置。炉温控制、点火实验台壁温控制、燃烧实验台汽包（如果有）压力报警；水冷壁、省煤器水流量控制、报警；燃烧室烟气压力控制、报警；燃烧室出口烟温控制、报警；空气预热器后烟温超过250 ℃报警。

5 结 语

中试中心围绕国家的能源需求和战略目标，以建设国内领先、国际先进的燃烧与控制、节能与环保技术研究基地为目标，组建国际一流的燃烧与控制、节能与环保创新技术平台，力争成为国家燃烧与控制、节能与环保领域的重要研究基地、技术应用与辐射基地、凝聚和培养拔尖创新人才基地，和高技术产业的关键核心技术的源泉。

参考文献：

[1] DL/T 5000-2000，火力发电厂设计技术规[S].