燃燒控制產(chǎn)品中試中心規(guī)劃與研究

李鵬云　雍占峰

摘 要：中試中心實驗裝置由點火實驗臺、燃燒實驗臺、輔助系統(tǒng)等組成，點火實驗實驗臺及燃燒實驗臺分別具有65 MW點火試驗和45 MW的穩(wěn)態(tài)燃燒試驗?zāi)芰?，可以滿足固態(tài)、液體、氣態(tài)各種燃料使用，并能進行燃燒器性能測試、燃燒產(chǎn)物成份分析。

關(guān)鍵詞：燃燒試驗臺；點火試驗臺；測試；排放

中圖分類號：TK32 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）17-0061-02

為了提高燃燒控制領(lǐng)域的研發(fā)能力和產(chǎn)品檢測能力，具備對各類燃燒器進行滿負荷的燃燒實驗以及性能檢測能力，徐州燃控科技股份有限公司規(guī)劃建設(shè)產(chǎn)品中試中心。中試中心立足于國際能源建設(shè)與環(huán)境保護需求，致力于以煤、油、氣為代表的化石燃料和以生物質(zhì)為代表的綠色燃料的燃燒和轉(zhuǎn)化過程，及其中污染物的生成規(guī)律和控制方法的研究。中試中心的特點：采用1：1的實驗?zāi)Ｐ停钫鎸嵉哪M實際點火和燃燒工況。

中試中心實驗大樓設(shè)有光電實驗室、理化實驗室、熱工實驗室、力學(xué)性能實驗室、精測室等，配備便攜式煙氣分析儀、激光粒度儀、運動粘度測定儀、煤粉自動工業(yè)分析儀、量熱儀、熱重差熱綜合分析儀、元素分析儀、開口閃電自動測定儀、高溫煙氣水冷取樣槍、抽氣式熱電偶、紅外測溫儀、氣相色譜儀、奧氏煙氣分析儀、熱線風速儀、移動式金屬元素分析儀、各類電器儀表、流量測量儀表、溫度測量儀表、壓力測量儀表、濃度測量儀表等。

點火實驗臺以觀察燃燒器的點火狀況（室燃）為主要目的，并可進行火焰形狀、燃燼率等特性的測試，單支燃燒器輸入熱功率65 MW，可基本滿足配各種容量等級鍋爐的燃燒器點火實驗的要求。

燃燒實驗臺功能是進行熱功率45 MW及以下燃燒器長期穩(wěn)態(tài)燃燒實驗（室燃），可滿足對燃燒出力、阻力、燃燒效率、火焰溫度場、燃燒產(chǎn)物、NOx生成控制等各項指標的測試，以真實檢測燃燒器的熱態(tài)性能。

1 主要技術(shù)性能參數(shù)

1.1 點火實驗臺

點火實驗臺主要由燃燒器、絕熱燃燒室、縮口段、噴淋室、尾部煙道和觀察平臺等組成，噴淋室后尾部煙道與燃燒實驗臺共用。燃燒室采用平衡通風方式，倉儲式制粉系統(tǒng)，燃料多變。燃燒室前部設(shè)有操作平臺以便于燃燒器的安裝。點火燃燒室開孔包括測量孔、檢修孔、人孔、觀察孔等，觀察孔沿燃燒室左右兩側(cè)每2 m各設(shè)一個，共24個；測量孔徑統(tǒng)一為φ50 mm，左右兩側(cè)對稱分布。引風機后煙囪前、水膜除塵器后引風機前設(shè)置兩處人孔。

燃燒室為鋼架護板結(jié)構(gòu)，內(nèi)表面敷設(shè)耐火材料，燃燒室前墻開三個直徑1.2 m的燃燒器安裝孔，縮口段與噴淋室相連。點火實驗臺及其附屬設(shè)備和耐火材料，能適應(yīng)不少于風冷40次的熱沖擊。

點火實驗臺主要參數(shù)如表1所示。

1.2 燃燒實驗臺

燃燒實驗臺由燃燒器、水冷燃燒室、省煤器、空氣預(yù)熱器、尾部煙道、觀測平臺組成，與點火實驗臺共用除塵器、引風機和煙囪。采用露天布置。燃燒室前部設(shè)單臺燃燒器，最大輸入熱功率為45 MW，采用平衡通風方式。設(shè)有煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，從空氣預(yù)熱器后抽取煙氣，引至燃燒器入口。

燃燒室采用全膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，膜式省煤器，空預(yù)器為臥管式結(jié)構(gòu)。實驗臺汽水系統(tǒng)可采用自然循環(huán)或強制循環(huán)，運行壓力為常壓。燃燒室前部設(shè)有操作平臺以便于燃燒器的拆裝。沿燃燒室長度方向，布置多個觀察孔，并設(shè)有觀察平臺。

設(shè)備滿足安全聯(lián)鎖保護，當燃燒室突然滅火或送風機全部跳閘，引風機出現(xiàn)瞬間最大抽力時，爐墻及支撐件不會產(chǎn)生永久變形或垮塌。燃燒室（包括爐墻、鋼性梁、爐頂密封連接件等）的設(shè)計壓力大于±4 500 Pa，瞬間承受壓力不低于±8 730 Pa。整個實驗裝置在必要的地方設(shè)置防爆門，同時配置FSSS系統(tǒng)。

燃燒實驗臺主要參數(shù)為：

冷空氣/熱空氣溫度：20 ℃/350 ℃；

排煙溫度：220 ℃；

燃料輸入熱功率：45 MW；

給水溫度/壓力：20 ℃/0.1 MPa；

燃燒室出口溫度：～1 050 ℃；

再循環(huán)煙氣溫度：220 ℃；

飽和蒸汽溫度/壓力：100 ℃/0.11 MPa（a）。

2 系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

2.1 燃料

實驗用固體燃料（煤粉）種類包括：煙煤、褐煤、貧煤、無煙煤等；液體燃料種類包括：0#輕柴油、150#重油、其它重油或渣油、廢液等；氣體燃料種類主要是天燃氣、液化石油氣等。

2.2 點火方式

點火實驗臺采用高能點火槍先點著柴油火焰后，再點燃煤粉；一般采用火焰逐級放大進行少油、微油點火；也可使用等離子槍直接點燃煤粉。

當進行油氣燃燒器實驗時直接使用高能點火器進行點火。

2.3 一次風系統(tǒng)

燃煤實驗時，采用冷風送粉（需要時，啟動風道燃燒器預(yù)熱）。一次風機風壓、風量調(diào)節(jié)采用再循環(huán)加變頻調(diào)節(jié)，最大通風量28 000 Nm3/h，保證一次風壓在煤粉燃燒器入口處壓頭不低于4 000 Pa，一次風經(jīng)過給粉機攜粉后進入燃燒器，給粉機后一次風管設(shè)置一次風動壓、靜壓、流速、風溫的測點。當點火實驗臺做大功率油點火實驗時，此一次風機可以和二次風機聯(lián)合運行給點火實驗臺油燃燒器送風。

2.4 二次風系統(tǒng)

燃燒實驗臺在燒油時僅使用二次風機進行送風，二次風機風壓、風量調(diào)節(jié)采用再循環(huán)加變頻調(diào)節(jié)。二次風機最大通風量47 000 Nm3/h，燃燒器入口處風壓不低于3 000 Pa。

燃煤點火實驗時僅一次風機供風。燃煤燃燒實驗時一、二次風機同時供風；二次風一部分經(jīng)過空預(yù)器，其余從空預(yù)器旁路通過，在燃燒器前混合以調(diào)節(jié)二次風溫。

2.5 煙氣系統(tǒng)

點火實驗臺高溫煙氣經(jīng)噴淋降溫后進入除塵器，除塵后經(jīng)煙道由引風機排入煙囪。燃燒實驗臺高溫煙氣經(jīng)過省煤器、空預(yù)器冷卻；需要時，空預(yù)器出口的10%煙氣由再循環(huán)風機引至爐前燃燒器進行循環(huán)，剩余部分進入旋風水膜除塵器（入口處最大煙氣量為150 000 Nm3/h）。

燃燒實驗臺燃燒室出口正常壓力-100±50 Pa，點火實驗臺燃燒室出口壓力-200±50 Pa。在點火實驗臺噴淋室后和燃燒實驗臺煙氣合并的尾部煙道匯合處設(shè)置切換煙氣擋板，可以關(guān)閉任何一側(cè)進行單側(cè)運行。

2.6 原煤及制粉、送粉系統(tǒng)

根據(jù)多種燃料點火和燃燒試驗的需要，實驗裝置設(shè)有獨立的制粉系統(tǒng)，采用中間儲倉式冷風送粉系統(tǒng)，供兩個實驗臺共用。原煤經(jīng)干燥后進入制粉系統(tǒng)磨煤成合格的煤粉，通過斗式提升機輸至粉倉，再通過給粉機輸送到一次風道，進入燃燒器。

原煤房堆放面積約40 m2，干燥出力為每次3 t。磨煤機為YGM75型雷蒙磨，出力為0.5～3 t/h。該制粉系統(tǒng)無熱風干燥及送粉裝置。采用斗式提升機將煤粉從制粉系統(tǒng)輸送到3個粉倉，實驗時只使用其中的1個粉倉，此輸送設(shè)備能將煤粉手工切換送至任一粉倉。

設(shè)置3個粉倉容量分別為7 t、11 t和18 t；配置3臺給粉機，額定出力分別為6、9、15t/h，采用變頻調(diào)節(jié)，給粉機裕量滿足《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》，下粉應(yīng)通暢。給粉機分別設(shè)置到點火實驗臺和燃燒實驗臺各3條的一次風管，這6條一次風管滿足不同容量等級的燃燒器，切換采用手動檔板。

2.7 燃油、燃氣系統(tǒng)

兩實驗臺共用油系統(tǒng)。輕油罐里的輕油，通過油泵，經(jīng)輕油管路，進入燃燒室燃燒。流量范圍10 ～6 500 kg/h，槍前油壓為0.5～5.0 MPa，油罐容積為6 m3，采用汽車運輸。

重油系統(tǒng)點火實驗臺和燃燒實驗臺共用。重油罐中的重油經(jīng)蒸汽加熱至流動狀態(tài)后，通過油泵，經(jīng)蒸汽伴熱管路，進入蒸汽加熱器，達到霧化要求溫度后進入燃燒器，經(jīng)蒸汽霧化后進行燃燒。流量范圍50～6 000 kg/h。重油泵壓頭1.5 MPa，油量6 000 kg/h，油罐容積為6 m3，設(shè)計時還需預(yù)留（用于增容擴建）一個重油罐的位置。

天燃氣管道接入廠區(qū)內(nèi)，經(jīng)過緩沖罐的天燃氣，通過天燃氣管道，進入燃燒器內(nèi)燃燒。其他燃氣儲存在燃氣罐中，調(diào)節(jié)出口壓力，通過燃氣管道，進入燃燒器內(nèi)燃燒。天然氣設(shè)計壓力0.35 MPa，流量4 500 Nm3/h。

2.8 蒸汽系統(tǒng)

啟動蒸汽爐額定出力2 t/h，槍前霧化過熱蒸汽溫度220℃，壓力為1.1 MPa。產(chǎn)生的蒸汽用于重油加熱、重油伴熱、重油管道吹掃、油槍霧化。

2.9 壓縮空氣系統(tǒng)

壓縮空氣目前暫定為兩臺壓縮機并聯(lián)使用，設(shè)置2個壓縮空氣罐，其中一只容積暫定為6 m3、正常氣壓為4.0 MPa；另一只容積為3 m3、正常氣壓為0.8 MPa，大罐通過減壓閥向小罐供氣。大罐作為壓縮空氣霧化氣源，小罐作為等離子發(fā)生器和儀用氣源。

2.10 水處理系統(tǒng)

原水池冷段水經(jīng)過水處理設(shè)備軟化后，給啟動爐和燃燒實驗臺供水。啟動蒸汽鍋爐給水流量2.5 t/h，燃燒實驗臺給水流量為60 t/h。

2.11 灰水系統(tǒng)

水膜除塵器及噴淋冷卻水循環(huán)利用，除塵器含灰水和噴淋室含灰水一起通過灰溝流入污水池內(nèi)，通過逐級沉淀回流到沉淀池凈水段。點火實驗臺除渣考慮人工定期清掃。

2.12 自動控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

采用西門子DCS7控制系統(tǒng)，主控系統(tǒng)采用S7-400PLC，實驗現(xiàn)場使用ET200遠程站，兩者之間通過現(xiàn)場總線通信，實驗室一樓設(shè)置電子間，放置機柜。二樓設(shè)置集控室，設(shè)有操作員站、工程師站和數(shù)據(jù)采集站，現(xiàn)場設(shè)有觸摸屏。集控室的操作員站和觸摸屏之間均可操作，以后者優(yōu)先。

2.13 供配電系統(tǒng)

施工期間工地有一臺400 kVA的臨變。永久工程為設(shè)計為800 kVA，配電室在樓西南角一樓。

2.14 等離子系統(tǒng)

等離子槍布置到爐前一套和演示室兩套，分別設(shè)置控制系統(tǒng)和電源，控制系統(tǒng)全部接入DCS系統(tǒng)，電源分別為可控硅電源和開關(guān)電源，電源可以相互切換備用。

3 中試中心整體布置

燃燒實驗臺與點火實驗臺作為主試驗設(shè)備，并排布置。煙氣系統(tǒng)由旋風水幕除塵器、煙道、引風機、煙囪組成，煙氣經(jīng)煙氣系統(tǒng)除塵后排進煙囪。共用輔助系統(tǒng)包括制粉系統(tǒng)、送粉一次風系統(tǒng)、二次風系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)（含油罐）、燃氣系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、霧化/伴熱蒸汽系統(tǒng)（含啟動蒸汽鍋爐）等系統(tǒng)組成。除上述系統(tǒng)外，產(chǎn)品中試中心還考慮了原煤堆放、原煤干燥、演示室、燃燒器試驗件的堆放場地，中試中心平面布置如圖1所示。

4 安全要求

點火實驗臺的定位是點火觀察性實驗，燃燒實驗臺以穩(wěn)態(tài)測試燃燒器性能為主。要本著安全第一的原則，盡可能多的涵蓋盡可能多的工況、燃料進行實驗。

燃燒室接入FSSS系統(tǒng)和設(shè)置防爆門外兩項措施。燃燒室爆炸可分為燃燒室外爆及燃燒室內(nèi)爆兩種。

①外爆控制。在15 s內(nèi)，投運的燃燒器中有50%監(jiān)測不到火焰，或全燃燒室火焰失去時，鍋爐MFT動作。MFT動作后，必須滿足如燃油泄漏試驗完成、磨煤機出口擋板關(guān)閉、磨煤機熱風隔離門關(guān)閉、25%～30%額定空氣流量等防止爐內(nèi)積聚可燃混合物的吹掃條件，燃燒室才開始連續(xù)吹掃5 min之后，MFT繼電器才能復(fù)位，鍋爐才允許點火。

②內(nèi)爆控制。調(diào)節(jié)引風機入口動葉開度燃燒室壓力維持在設(shè)定值范圍內(nèi)，超過報警值時發(fā)出報警信號。

③其他控制設(shè)置。爐溫控制、點火實驗臺壁溫控制、燃燒實驗臺汽包（如果有）壓力報警；水冷壁、省煤器水流量控制、報警；燃燒室煙氣壓力控制、報警；燃燒室出口煙溫控制、報警；空氣預(yù)熱器后煙溫超過250 ℃報警。

5 結(jié) 語

中試中心圍繞國家的能源需求和戰(zhàn)略目標，以建設(shè)國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進的燃燒與控制、節(jié)能與環(huán)保技術(shù)研究基地為目標，組建國際一流的燃燒與控制、節(jié)能與環(huán)保創(chuàng)新技術(shù)平臺，力爭成為國家燃燒與控制、節(jié)能與環(huán)保領(lǐng)域的重要研究基地、技術(shù)應(yīng)用與輻射基地、凝聚和培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才基地，和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵核心技術(shù)的源泉。

參考文獻：

[1] DL/T 5000-2000，火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)[S].