集成烟气排放和功率曲线测试的燃烧器热态测试装置技术领域
本发明涉及燃烧器性能测试技术领域，特别涉及一种集成烟气排放和功率曲线测
试的燃烧器热态测试装置。
背景技术
燃烧器工业在我国是伴随着国民经济的发展和国家能源结构的变化而成长起来
的一个新兴产业，它作为燃油、燃气锅炉的核心部件，近几年获得了飞速的发展。燃烧器是
否能够正常运行，不但关系到安全，同时也涉及到环保和节能。为了保障燃烧器的安全运
行，考虑到环保和节能的要求，针对燃油燃气燃烧器的结构与设计、安装与系统、运行与维
护、安全与控制装置、技术资料与铭牌要求等，国家质量监督检验检疫总局(以下简称国家
质检总局)在2008年1月8日颁布了《燃油(气)燃烧器型式试验规则》(TSG ZB002-2008)。
根据《燃油(气)燃烧器型式试验规则》相关规定，对燃烧器的烟气排放、功率曲线、
火焰稳定性等有严格的规定。目前，用于测量烟气排放、功率曲线的火焰稳定性的设备很
多，但这些设备均各自独立，虽然这些设备便于携带，但测试时这些设备之间无法同步，而
且多数设备要充电后才能工作，缺乏实时性和持续性，最终结果不够准确。这是本申请需要
着重改善的地方。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种能同时进行三种测试，且测试结果准
确、精度高的集成烟气排放和功率曲线测试的燃烧器热态测试装置。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种集成烟气排放和功率曲线测试的燃
烧器热态测试装置，该燃烧器热态测试装置包括工控机，工控机与烟气信号采集模块、功率
曲线信号采集模块、火焰稳定性信号采集模块连接，烟气信号采集模接收工控机发出的指
令，对燃烧器指定的烟气测点燃烧排放的烟气进行测试分析；功率曲线信号采集模块将采
集的燃烧室压力、燃料流量、燃料压力和燃料温度信号送入工控机，经工控机数据处理后得
出功率曲线图；火焰稳定性信号采集模块通过摄像头，在测试锅炉的火焰观察孔的位置对
火焰进行实时监控，将视频信号送入工控机，并显示在屏幕上。
所述烟气测点安装在燃烧器的指定位置，通过对烟气的冷凝过滤除水除尘处理，
对烟气中一氧化碳、一氧化氮、氧含量百分比的成分进行分析，测得烟气排放数据。
所述摄像头安装在测试炉的火焰观察孔，将采集到的视频信号传输工控机，把视
频画面呈现在显示屏幕上，直接观察火焰的形状大小、颜色和变化趋势。
所述功率曲线信号采集模块采集燃烧室压力、燃料流量、燃料压力和燃料温度信
号送入工控机，经工控机数据处理后得出功率曲线图。
本发明在燃烧器处于有火焰运行状态下，测得燃烧器的烟气排放、功率曲线和火
焰稳定性数据。热态是指燃烧器处于有火焰时的运行状态。
本发明的烟气排放测试时，先要将气体取样探头插入烟道中，然后启动燃烧器热
态测试装置，此时燃烧器热态测试装置抽取烟道中的烟气，经过第一次过滤除尘，再经过带
伴热的采样通道进入冷凝过滤装置除水除尘装置，最后进入烟气分析仪，对烟气中一氧化
碳(CO)、一氧化氮(NOx)和氧含量百分比(O2％)的成分进行分析，最后得出上述烟气排放的
测量结果，并显示在显示屏幕上
本发明的火焰稳定性测试，采用USB3.0工业摄像头安装在测试炉的火焰观察孔将
采集到的视频信号传输工控机，把视频画面呈现在显示屏幕上，直接观察火焰的形状大小、
颜色、变化趋势。避免检测人员直接正视火焰观察，更加安全，而且可以全程监控，极大得提
高了测试效率。
本发明的燃烧器功率曲线测试时，燃烧器进入热态运行，通过功率曲线信号采集
模块采集燃烧室压力、燃料流量、燃料压力和燃料温度信号送入工控机，经工控机数据处理
后得出功率曲线图。
本发明的优越功效在于：
1)本发明是集成了烟气排放测试、功率曲线测试、火焰稳定性测试的三个性能指
标的装置，集成度高；
2)本发明测试的准确度和精度高；
3)本发明提高了测试效率，可以更快、更好得完成测试。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示
意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明单级式燃烧器工作曲线和测点图；
图3为本发明两级调节式、多级调节式或连续调节式燃烧器工作曲线和测点图；
图中标号说明
1—气体取样探头； 2—样气传输管道；
3—过滤器； 4—除湿器；
5—精细过滤器； 6—隔膜缺氧泵；
7—蠕动泵； 8—预过滤器；
9—烟气分析仪； 10—烟气压力表；
11—烟气温度表； 12—工控机及显示屏；
13—工业摄像头。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定
和覆盖的多种不同方式实施。
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
如图1所示，本发明提供了一种集成烟气排放和功率曲线测试的燃烧器热态测试
装置，该燃烧器热态测试装置包括工控机，工控机与烟气信号采集模块、功率曲线信号采集
模块、火焰稳定性信号采集模块连接，烟气信号采集模接收工控机发出的指令，对燃烧器指
定的烟气测点燃烧排放的烟气进行测试分析；功率曲线信号采集模块将采集的燃烧室压
力、燃料流量、燃料压力和燃料温度信号送入工控机，经工控机数据处理后得出功率曲线
图；火焰稳定性信号采集模块通过工业摄像头13，在测试锅炉的火焰观察孔的位置对火焰
进行实时监控，将视频信号送入工控机，并显示在屏幕上。
所述烟气测点安装在燃烧器的指定位置，通过对烟气的冷凝过滤除水除尘处理，
对烟气中一氧化碳、一氧化氮、氧含量百分比的成分进行分析，测得烟气排放数据。
所述工业摄像头13安装在测试炉的火焰观察孔，将采集到的视频信号传输工控
机，把视频画面呈现在显示屏幕上，直接观察火焰的形状大小、颜色和变化趋势。
所述功率曲线信号采集模块采集燃烧室压力、燃料流量、燃料压力和燃料温度信
号送入工控机，经工控机数据处理后得出功率曲线图。
本发明的烟气排放测试时，首先要将探头插入烟道中，然后启动燃烧器热态测试
装置，此时燃烧器热态测试装置会抽取烟道中的烟气，经过第一次过滤除尘，再经过带伴热
的采样通道进入M&C公司的冷凝过滤装置除水除尘，最后进入烟气分析仪，对烟气中一氧化
碳(CO)、一氧化氮(NOx)、氧含量百分比(O2％)的成分进行分析，最后得出上述烟气排放测
量结果，并显示在显示屏幕上。烟气排放测试连接原理图如图1所示。
测试点按照图1(图中烟道为圆形)布置，具体要求如下：
(1)烟气排放测量点：布置在烟道中，与烟气流动方向垂直，插入深度为烟道直径
的1/3处，测试时不能有空气漏入；
(2)烟道压力测量点，布置在距离烟气分析测点0.15D，距离测试炉后墙的距离为
2D处；
(3)烟气温度测量点，布置在距离烟道压力测点0.15D处。
本发明的火焰稳定性测试，采用USB3.0工业摄像头安装在测试炉的火焰观察孔将
采集到的视频信号传输工控机，把视频画面呈现在显示屏幕上，可以直接观察火焰的形状
大小、颜色、变化趋势。连接原理图如图1所示，避免检测人员直接正视火焰观察，更加安全，
而且可以全程监控，极大得提高了测试效率。观察火焰时按照以下步骤判断火焰稳定性：
(1)燃烧器按照功率曲线运行至各个测试点时，观察燃烧器出口火焰根部有无无
飘动现象，对于燃油燃烧器，其在负荷可调节范围内，观察火焰周边是否出现黑色颗粒流；
(2)燃烧器按照功率曲线运行至各个测试点时，观察火焰是否连续正常燃烧至少
10分钟。
本发明的燃烧器功率曲线测试时，燃烧器进入热态运行，通过信号采集模块采集
燃烧室压力、燃料流量、燃料压力和燃料温度信号送入工控机，经工控机数据处理后得出功
率曲线图，如图2、图3所示。图中纵坐标燃烧室压力由信号采集所得，横坐标燃烧功率由计
算所得，计算方法如下：
1.燃气燃烧器的输出热功率计算
可以通过以下两个公式中的任何一个来计算：
QN＝0.278MN×Hi
QN＝0.278VN×Hi
式中：
QN－输出热功率，kW；
MN－在标准状态下(温度为273.15K，压力为101.325kPa)干燃气的质量(重量)流
量，kg/h，该值由信号采集燃料流量所得；
VN－在标准状态下(温度为273.15K，压力为101.325kPa)干燃气的体积流量，m3/h，
该值由信号采集燃料流量所得；
Hi－燃气低位发热量，在式(1)中单位为MJ/kg；式(2)中单位为MJ/m3，该值由燃料
化验单位提供。
实际上，燃气在测试期间并不处于标准状态。因此，必须将实际测量的结果进行修
正。
当燃气以质量(重量)为单位时，可以通过下式对质量(重量)流量进行修正：
当燃气以体积为单位时，可以通过下式对体积流量进行修正：
Mo与Vo的可相互转换，公式如下：
M0＝1.226×V0×d
以上公式中：
Mo－标准状态下的质量(重量)流量，kg/h；
M－测试状态下的质量(重量)流量，kg/h；
Vo－标准状态下的体积流量，m3/h；
V－测试状态下的体积流量，m3/h；
Pat－大气压力，hPa；
P－燃气压力，hPa；
tg－燃气温度，℃；
d－干燃气相对于干空气的密度；
dr－干标准气体相对于干空气的密度。
2.燃油燃烧器输出热功率计算
可以通过以下公式计算：
QN＝0.278B×Hi
式中：
QN－输出热功率，kW；
B－燃油消耗量，kg/h；
Hi－燃油低位发热量，MJ/kg；
如图2、图3所示，燃烧器功率曲线测试具体测试步骤如下：
点1的测试：
(1)启动燃烧器，并将燃烧器输出热功率调节至最大值；
(2)供电电压调节至额定电压；
(3)将燃烧室压力至最小值；
(4)测量烟气O2％、CO和NOx的含量,并调节空气和燃油的比例,使烟气排放达到《规
则》要求；
(5)持续运行20分钟，观察火焰的稳定性。
点2的测试：
(1)启动燃烧器，并将燃烧器输出热功率调节至额定值；
(2)供电电压调节至额定电压；
(3)燃烧室压力至相应值(对于单级式燃烧器的最大值)；
(4)测量烟气O2％、CO和NOx的含量,并调节空气和燃油的比例,使烟气排放达到《规
则》要求；
(5)持续运行20分钟，观察火焰的稳定性。
点3的测试：
(1)启动燃烧器，并将燃烧器输出热功率调节至最小值；
(2)供电电压调节至额定电压；
(3)将燃烧室压力至最大值；
(4)测量烟气O2％、CO和NOx的含量,并调节空气和燃油的比例,使烟气排放达到《规
则》要求；
(5)持续运行20分钟，观察火焰的稳定性。
点4的测试：
(1)启动燃烧器，并将燃烧器输出热功率调节至最小值；
(2)供电电压调节至额定电压；
(3)将燃烧室压力至最小值(可以为零或负压)；
(4)测量烟气O2％、CO和NOx的含量,并调节空气和燃油的比例,使烟气排放达到《规
则》要求；
(5)持续运行10分钟，观察火焰的稳定性。
点5的测试
(1)启动燃烧器，并将燃烧器输出热功率调节至最大值；
(2)供电电压调节至额定电压；
(3)将燃烧室压力至最小值(可以为零或负压)；
(4)测量烟气O2％、CO和NOx的含量,并调节空气和燃油的比例,使烟气排放达到《规
则》要求；
(5)持续运行10分钟，观察火焰的稳定性。
点6的测试
(1)启动燃烧器，并将燃烧器输出热功率调节至最大值；
(2)供电电压调节至额定电压；
(3)将燃烧室压力至最大值；
(4)测量烟气O2％、CO和NOx的含量,并调节空气和燃油的比例,使烟气排放达到《规
则》要求；
(5)持续运行20分钟，观察火焰的稳定性。
其中点2、点5为单级式、多级调节式或连续调节式燃烧器；点6为多级调节式或连
续调节式燃烧器。
以上所述仅为本发明的优先实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技
术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。