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油气全自动燃烧教学实验装置研制
摘要：设计制造了工业燃烧技术和加热炉技术的教学实验与科研装置，主要包括水套加热炉、燃油及燃气全自动燃烧机、烟气分析仪等。由全自动燃烧机为水套炉提供热源，通过燃烧室外侧水套及管式换热器，将热量传递给循环水，出口烟气温度为70—150℃；利用穿过水套的测量孔，测量燃烧室的温度场、速度场、浓度场，在烟道出口测定烟气成分。利用该装置能够进行科学全面的燃烧技术的研究和评价，并已在教学实验中取得了很好的教学效果。
0 副 言
  基于能源、资源与环境的严重危机，已成为经济和社会发展瓶颈的背景下，我校于2006年成立了“能源与资源工程”本科专业。为培养能源、资源与环境领域高素质、复合型，具有创新能力的技术和管埋人才，要求本科教学实验从以验证和演示性实验为主，逐步向工程性、综合性和研究性转变嘲。验。过去，国内燃烧教学实验主要是验证性的，不能很好地与工程实际结合，如本生灯实验、燃料元素分析实验等嘲。本文针对工业生产实际，通过试制一台水套加热炉，配置先进的全自动燃烧机及烟气分析仪，为本科生开展教学实验。该工程性和综合性教学实验装置充分体现了当今燃烧技术水平和工程应用背景，通过完整的工程燃烧和热能利用过程，培养学生对基础理论的综合理解、工程实践能力和创新能力B司。
1 教学实验装置设计
1.1水套加热炉
  为使实验装置反映工程生产实际，设计的水套加热炉采用不锈钢制造，其主要由隔热水套、燃烧室、管式换热器和烟道等组成，如图1所示。水套加热炉总长2.5m，炉体外廓直径0.68m，燃烧室长1.5m，内径0.5m，水套厚度0.06m。燃烧室的进、出口端都设有观火孔。为了测试燃烧室的温度场、速度场、燃料浓度场，在燃烧室中心水平方向，穿过水套开设8个测量孔，每个测量孔内径0.015m。第1个测量孔距离燃烧室进口端0.08m，测量孔1~8间距……依次为0.08、0.08、0.08、0.12、0.16、0.2和0.3m。l-燃料进口，2-燃烧机，3-观火孔，4-加热炉，s-液位计，6一压力表，7-门．8-测量孔．9-连接管．10-换热器，11—烟管，12-取样管，13-烟气分析仪．I4-7J(套，15-燃烧室，16-水蒸气，17-探针，18-坐标架．19-测量仪表
  为了降低排烟温度，在燃烧室出口安装管式换热器，其长度为0.7m，内径0.3m，内部焊接61根西25×3的不锈钢换热管，热管内侧通烟气，外侧为液态水。换热器通过连接管与水套相通，水套和换热器通过阀门进行给排水及释放蒸汽。换热器出口安装内径l一喷稍，2-点火韩，3一然烧道，4-稳焰器，s-风道，6-火焰检测器，7_电动机，8一点火变压器，9一电磁阀，10-油泵。1I一控制器．12-油管+13-风压开关．I4-风机0.15m的烟管，其上设有烟气测量孔，用烟气分析仪可测试烟气成分及温度。
1.2燃油全自动燃烧机
  燃油全自动燃烧机的工艺流程及燃烧实验照片如图2所示，其主要由燃油供给系统、配风系统、燃烧程序控制系统组成，燃油流量3—6kg/h。燃油主要通过油管12、油泵10、电磁阀9和喷嘴1进入燃烧道3。燃烧配风通过电动机7、风机14、风道5、稳焰器4进入燃烧道3。燃烧程序控制器11主要控制电动机7、点火变压器8、电磁阀9、油泵10的工作状态。根据火焰检测器6和风压开关13检测到的信号，通过程序控制器
11控制燃烧机的工作状态。
  燃油全自动燃烧机主要工作过程是：开启燃烧机电源，程序控制器执行风机电动机工作，为燃烧机供风。经过20s，程序控制器执行点火变压器工作，由点火棒打火15s。从点火棒打火时刻起，经过5s，程序控制器执行油泵运行和燃油电磁阀打开，通过油管为喷嘴供油。燃油经过喷嘴雾化后，与空气惨混，经点火棒点火，油气混合物在燃烧道组织燃烧。燃烧机具有自动保护功钝，如果点火失败，或燃烧过程中火焰熄火，或风压开关检测不到风压，火焰检测器给程序控制器信号，程序控制器执行关闭电磁阀和油泵。再经过20s，程序控制器执行关闭风机马达，燃烧机进入停运状态。
1.3燃气全自动燃烧机
  燃气全自动燃烧机的工艺流程及燃烧实验照片如图3所示，其主要由燃料气供给系统、配风系统、燃烧程序控制系统组成，燃气流量3—6f113／1l。燃料气通过燃气罐21、减压阀20、阀门19、过滤器18、压力表17、减压阀16、压力开关15、压力表14、电磁阀13、针型阀12、喷嘴1、稳焰器2进入燃烧道3。燃烧配风通过电动机7、风机9、风道5、稳焰盘2进入燃烧道3。程序控制器11主要控制电动机7、点火变压器8、燃气电磁阀13。根据火焰检测器6、风压开关10、燃气压力开关15检测到的信号，通过程序控制器11控制各部件的工作状态。
  燃气全自动燃烧机主要工作过程是：打开燃气管路上所有手动阀门，通过反复调节2个减压阀，使压力表17、14显示的燃气压力分别在20.0、5.0kPa左右。接通燃气燃烧机电源，程序控制器执行风机电动机工作，为燃烧机供风。经过20s，压力开芙检测燃气压力信号，如果燃气压力在合理的范围内，程序控制器执行点火变压器工作，点火棒打火15s。从点火棒打火时刻起，经过5s，程序控制器执行燃气电磁阀打开，为燃气喷嘴供给燃气，燃气与空气惨混，经点火棒点火，可燃气体混合物在燃烧道组织燃烧。燃烧机具有自动保护功能，如果点火失败，或燃烧过程中火焰熄火，或风压开关检测不到风压，或压力开关检测的燃气压力信号不在合理范围，火焰检测器给程序控制器信号，程序控制器执行关闭燃气电磁阀。经过20s，程序控制器执行关闭风机电动机，燃烧机进入停运状态。
1-喷嘴。2一稳焰器，3-燃烧遭，4-点火棒．5-风道6广I火焰检测器，7-电动机，8-点火变￡蓝器，9-风机，10-风压开关．1l-控制器．12-针形阀，13-电磁阀，14-压力裘，15-压力开关，16-减压阔，】7-压力表，18-过滤器，19-阀门．20-减压阀，21-燃气罐
1.4  test0350烟气分析仪
  test0350烟气分析仪广泛应用于各类工业锅炉的烟气分析，其包括手操器、分析箱和烟气探针，如图4所示。手操器可测量温度、风速、差压、相对湿度等，分箱用来测量的烟气成分有CO、02、NO、N0：、S0：、HC。PC接口RS-232），用于传输数据，具有在线、自动、实时数据存储等功能，一体化打印机具备现场打印数据功能。
1.5实验原理
  通过在水套加热炉上安装燃油或燃气燃烧机，实现不同燃料的燃烧过程。在燃烧室，将燃料燃烧释放的热量传递给水套的液态水，高温烟气通过管式换热器时，将热量传递给液态水，由生产蒸汽和炉体散热及循环水将燃娆热量带走，使得排烟温度在70—150℃。采用相关仪表完成实验数据的测试。
2 实验项目内容
2.1 实验装置
  介绍燃油和燃气燃烧机的总体结构燃料供给系统、配风系统、点火系统和控制系统）、工作过程、安全控制及应用领域；水套加热炉的基本结构、燃烧和热能利用过程、给排水和参数测试方法；熟悉test0350烟气分析仪的原理和操作方法。重点阐述燃油燃气喷嘴结构、稳焰机理、燃料与空气的掺混过程、燃气供给管路功能，并比较燃油与燃气燃烧机在燃料供给、燃烧过程和火焰的异同。
2.2 实验过程
  将燃烧机安装在水套加热炉进口，接好电源，燃烧机自动进入运行状态，依次供风、点火、供油哄气）、燃烧，由火焰监测器、风压开关、燃气压力开关来监视燃烧机是否正常工作。通过调节燃油压力或燃气压力，风门开度，来调节燃烧工况，从而改变烟气的成分和排烟温度。通过观火孔观察火焰的大小、长度、形状和颜色，用烟气分析仪测量烟气成分及排烟温度，通过计算机进行存储。
2.3实验数据处理
  将得到的实验数据CO、O：、NO、NO：、SO：、HC、过剩空气系数、烟气温度为纵坐标，横坐标为压力毓量）绘制曲线。
  利用该装置可进行燃油燃气全自动燃烧机研究，包括喷嘴、稳焰器、配风、燃烧场、燃料供给、燃烧性能等方面的研究与开发，能够开展各类燃油燃气燃烧器的开发和评价，及燃烧机理研究。
3结 语

  本文研制的油气燃烧教学与科研装置，体现了燃烧技术和加热炉技术，具有工程性和综合性特点。该装置能够进行全面的燃烧技术研究和评价，测量燃烧室的温度场、速度场、浓度场，在烟道出口测定烟气成分。

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