一种顶燃式热风炉燃烧器燃烧特性检测系统及检测方法与流程

本发明涉及燃烧器燃烧特性检测，尤其涉及一种顶燃式热风炉燃烧器燃烧特性检测系统及检测方法。

背景技术：

1、热风炉是高炉炼铁工艺中的关键设施，其作用是不间断的向高炉提供高温热风，现代高炉热风温度普遍高达1200℃。为了能向高炉提供工况稳定的热风，每座高炉需要配置三至四座热风炉。高炉长寿是一个重要研发方向，高炉能够连续运行12～15年。高炉长寿对热风炉工艺稳定和设备稳定性提出了更高的要求。燃烧器为热风炉的核心设备之一，其燃烧特性直接影响热风质量和高炉顺行。对热风炉燃烧器性能进行测试是保证热风炉可靠运行有效技术手段。

2、现有的对热风炉燃烧器性能进行测试的技术中，如专利cn114894302a，可视火焰辅助检测装置及可视火焰检测系统，实现了在不改变现有火焰观察孔安装位置的情况下，同时利用火检探头以及视频摄像头对燃烧器内的火焰进行检测的问题。然而，对于一套完整的燃烧装置，其性能测试分析不仅仅包括火焰形状的测试，还应对燃烧产物成分、燃烧产物温度分布以及燃烧器应用场景等进行系统评估才能得出科学、准确的结果。例如，一个民用燃气灶燃烧器的燃烧性能不管火焰分布如何好，把它直接应用到发电锅炉上也是不可取的。同时，还需要指出的是，在一定工况下，火焰的形状是观察不到的，也即火焰不可视。因此，对燃烧器性能进行评价，只观察燃烧火焰显然是不够的。

3、专利cn113587868a，一种基于图像分析的烧嘴检测系统及方法，该发明公开的技术方案包括壁厚分布获取?？?、预检测分析?？?、检测结果输出?？楹突鹧娌馐苑治瞿？?，采用该发明技术方案测试烧嘴时，先判读烧嘴的壁厚是否满足要求，在进行火焰检测。该发明在烧嘴检测方面有一定积极性。同样，对燃烧装置性能检测，缺乏系统性，仅仅依靠烧嘴火焰的形状进行烧嘴性能检测，忽略了燃烧装置的其它特性。而且，当火焰不可视时，该方法无法对火焰进行检测。

4、专利cn210427044u，一种燃烧器检测平台系统，该技术方案涉及一种包括壳体、燃烧机体、固定块、净化箱等设备的燃烧器检测平台系统，采用该装置可实现燃烧器热功率、污染物排放、燃烧效率、燃油流量、空气流量、炉膛压力、排气温度等关键参数的检测。然而，该方案仅适用于功率等级为2.8～4.2mw范围的燃烧装置检测，无法采用一个燃烧装置检测平台和方法检测所有燃烧装置。同时，该技术方案缺乏对燃烧装置应用场景的考虑，例如排气温度的检测既跟燃烧装置有关还跟应用场景有关，轧钢厂常规轧钢加热炉在加热冷钢坯和热钢坯时，排气温度差异较大。

5、综上所述，燃烧装置性能测试需要系统考虑燃烧装置本身的技术特点和实际应用场景，不能用一套检测系统实现所有燃烧装置的性能测试。顶燃式热风炉作为高炉的关键辅助设备，其燃烧性能直接影响高炉的生产运行，现有技术缺乏科学有效的技术手段对顶燃式热风炉燃烧性能能进行评价。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种顶燃式热风炉燃烧器燃烧特性检测系统及检测方法，综合考虑顶燃式热风炉应用场景和燃烧器特定的燃烧器燃烧特性进行顶燃式热风炉燃烧性能检测，实现了顶燃式热风炉燃烧器燃烧特性的系统检测。

2、为此，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明公开了一种顶燃式热风炉燃烧器燃烧特性检测系统，与顶燃式热风炉等比例，包括：燃烧室、拱顶和蓄热室竖井；所述拱顶位于所述蓄热室竖井上方，所述拱顶和所述蓄热室竖井内分别布置有水冷管；所述燃烧室位于所述拱顶上方，燃烧器安装在所述燃烧室顶部；所述燃烧室包括燃烧器出口至拱顶顶部的空间；

4、所述拱顶设置多个火焰观测孔及多个拱顶检测孔，所述火焰观测孔设置于拱顶底部下方；所述拱顶检测孔设置于所述火焰观测孔上方；

5、所述蓄热室竖井不设置蓄热体，所述蓄热室竖井用于模拟热风炉蓄热室蓄热体上方烟气流场，所述蓄热室竖井设置多个蓄热室竖井测试孔，所述蓄热室竖井测试孔设置于拱顶底部下方，蓄热室竖井测试孔下方设置格子砖。

6、进一步地，所述拱顶和所述蓄热室的外壳为可拆卸钢板。

7、进一步地，所述蓄热室竖井测试孔设置于拱顶底部下方2000mm～2500mm位置范围内。

8、进一步地，所述蓄热室竖井测试孔下方1000mm～1500mm位置开始设置格子砖。

9、进一步地，还包括：设置于燃烧器空气入口管道上的空气流量和压力检测仪表，设置在燃烧器出口的风速仪。

10、进一步地，还包括：设置于燃烧器高炉煤气入口管道上的空气流量和压力检测仪表，设置在燃烧器出口的风速仪。

11、进一步地，火焰观测孔均匀分布在拱顶底部圆周上，数量为4～8个；拱顶检测孔均匀分布圆周水平面上，数量为4～16个；蓄热室竖井测试孔均匀分布在圆周方向上，数量为4～16个。

12、本发明还公开了一种顶燃式热风炉燃烧器燃烧特性检测方法，应用于上述顶燃式热风炉燃烧器燃烧特性检测系统，所述检测方法包括：燃烧器冷态测试和热态测试；

13、所述冷态测试包括：燃烧器空气和煤气冷态测试；空气冷态测试包括：按燃烧器空气流量和压力要求通入空气，读取燃烧器空气入口的流量和压力，同时读取燃烧器空气出口处的风速仪检测值；煤气冷态测试包括：用空气替代高炉煤气，按燃烧器高炉煤气流量和压力要求通入空气，读取燃烧器高炉煤气入口的流量和压力，同时读取燃烧器高炉煤气出口处的风速仪检测值；

14、所述热态测试包括：低温测试和热风炉正常工作温度测试；低温测试包括：启动水冷系统，将拱顶和蓄热室竖井内的水冷管充满冷却水，并循环流动；安全点燃燃烧器，通过燃烧室下方的火焰观测孔观察火焰的形貌；通过拱顶检测孔抽取烟气样，对各烟气样成分进行分析，为保证煤气充分燃烧各取样点烟气成分中co浓度低于1000ppm；；通过蓄热室竖井测试孔测量烟气流速；

15、热风炉正常工作温度测试过程基于低温测试过程和冷态测试过程；

16、基于低温测试过程的正常工作温度测试过程包括：低温测试过程所有测试内容完成后，停燃烧室、蓄热室内布置水冷管内的冷却水循环水并放空，燃烧室、蓄热室升温，当拱顶温度达到预设温度后开始测试，通过拱顶检测孔抽取烟气样，对各烟气样成分进行分析，为保证煤气充分燃烧各取样点烟气成分中co浓度低于1000ppm；；通过蓄热室竖井测试孔测量烟气流速；

17、基于冷态测试的正常工作温度测试过程包括：安全点燃燃烧器，当拱顶温度达到预设温度后，按基于低温测试过程的测试方法进行测试。

18、进一步地，燃烧器入口空气的流速计算公式为：

19、

20、其中，v1为燃烧器入口空气流速，单位为米/秒，m为燃烧器入口空气体积流量，单位为立方米/秒，s为燃烧器入口空气管道横截面积；

21、燃烧器出口空气的压力计算公式为：

22、

23、其中，p1为燃烧器入口空气压力，单位为pa，p2为燃烧器出口空气压力，单位为pa，v2为燃烧器出口空气压力，单位为米/秒。

24、进一步地，测试方案包括最大值、最小值和正常值。

25、进一步地，测量烟气流速的测点选取方式包括：水平方向测点入口、1/8长度、1/4长度、1/2长度。

26、本发明的优点和积极效果：

27、本发明结合顶燃式热风炉的工艺特点，建立了科学的等比例顶燃式热风炉测试系统，对火焰燃烧位置进行合理界定；对燃烧器煤气和空气压力进行检测，保证煤气空气压力满足设计要求。

28、本发明通过冷却条件的改变，实现火焰可视状态和非可视状态同时进行检测，保证燃烧器在可靠燃烧段完成燃烧；通过流场关键测试点确定、保证燃烧产物流场分布均匀，保证燃烧产物与格子砖高效传热；对热风炉产物不同燃料条件下的燃烧成分进行分析判断，保证燃烧器的燃烧过程为充分燃烧。

29、通过本发明技术方法，可全面、系统对顶燃式热风炉的燃烧性能测试，对于不满足性能要求的燃烧器进行改进，为热风炉稳定运行和为高炉提供高温稳定热风提供保障。同时，本发明技术方案还可用于火焰向下传播的燃烧器燃烧性能的测试提供参考。