dg生物質燃燒機和開式爐膛的空氣動力場研究

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最后更新：	2019-11-12 09:42:08
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鄭州達冠節能環保設備有限公司
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前墻布置有生物質燃燒機和乏氣對沖噴入的開式爐膛的空氣動力場研究
在燃燒由低速鋼球磨煤機磨制的煙煤和無煙煤煤粉，并向爐膛供給熱空氣時，乏氣的噴口布置在高于燃燒器直徑的位置上，而向下的傾斜角不大于200,或者當燃燒器前墻布置時，則乏氣噴口布置在后墻與燃燒器的同一標高上。

在燃燒器上部布置乏氣噴口以及在前墻布置燃燒器同沒有通入乏氣相比較，將使火焰更擠向爐膛后墻。在燃燒器作對沖布置和在同一標高布置乏氣噴口時，燃燒室空氣動力工況略有改善。可是在燃燒室下部沒有創造形成旋流過程的條件，而這種過程可以促進煤粉的強化燃燒。
前墻布置和對沖布置相比較能大大減少燃燒器數量，提高其出力，大大縮短輸粉和空氣管道，并為在燃燒器中較蚜勻地分布煤粉創造條件。
在前墻布置燃燒器的情況下，從后墻超過燃燒器的位置對沖通入乏氣，有助于改善火焰在開式爐膛容積中的充滿度，并在爐膛下部建立旋流過程。這種情況在半開式后部束腰的空氣動力模型中也同樣發現過，在該模型上乏氣是通過束腰的下斜面噴入的。
為了便于比較，在50噸／時鍋爐機組的開式爐膛中進行了冷態空氣動力模型試驗研究；在前墻采用兩只生物質燃燒機（燃燒器中二次空氣的旋轉方向是相同的，一次空氣和二次空氣的旋轉方向是相反的），并采用從后墻噴乏氣的不同方案。
曾在模型的全寬度上高出燃燒器相當于擴口直徑D。處平均布置縫隙噴嘴作乏氣噴射試驗(49只噴嘴，每只寬度為3毫米，噴嘴高度可改變到50毫米，下傾角可達550)，下傾角度為0、30、45和550，而在燃燒器同一標高上，噴嘴下傾角度為0和550。試驗這些不同方案時，宜采用中等的乏氣噴射速度32米／秒（噴嘴開度為17毫米）。在噴嘴傾斜550的方案中，在通入高的空氣出口速度W3=80米／秒下進行了補充試驗（噴嘴開度為7毫米）。
同樣也試驗了通過2只噴口（按燃燒器只數）集中噴乏氣的模型試驗方案，向下傾斜角度為0和550，其布置標高為超過燃燒器的D。和與燃燒囂處于同一水平(W3= 32米／秒，噴嘴尺寸，寬度為17毫米、高度為80毫米），為了便于比較還進行了無乏氣的模型試驗。
在所有的方案中一次空氣、二次空氣和乏氣的比例分別為20—60—20%，而無乏氣的模型試驗在27～75%之間。一次空氣速度大約為19.5和23米／秒，二次空氣為24和27米／秒，W2/WI= 1.2。模型風量節為1400米3／時，模型橫截面流速約為2.2米／秒，在該截面上雷諾數約為60×l03(在模型中為73×l03)。

圖1介紹了開式爐膛鍋爐機組出力為50噸／時的模型設備系統。前墻布置兩只雙蝸殼燃燒器和從后墻高出燃燒器Da的地方通入乏氣。一次空氣和乏氣經一只風機，二次空氣經另一只風機。在模型吹風時，旋風分離器作為收集觀察用的木屑之用，圓盤給粉機將木屑送入一次風和乏氣收入管。圖l 具有開式爐膛鍋爐機組的模型設備圖1--二次風風機；2-爐底旋轉部分；3-爐膛；4-生物質燃燒機；5-旋轉擋板；6-測量孔板；7-后墻吊管；8-轉彎室；9-旋風分離器；10-對流過熱器；11-鎖氣器；12-縫隙式噴嘴；13-料倉；14 -圓盤給粉機；15--
次空氣和乏氣風機；16-密封擋板
模型制造比例為1；10，寬402毫米，深435毫米，從爐底點到爐頂點的高度為1430毫米，燃燒器截面做得較大，為1：10比例尺寸的1.25倍(D。-99毫米)，而乏氣噴嘴較1: 10的比例大2.8倍。
模型右側墻用有機玻璃制成，以便肉眼能夠觀察。而左側墻用鋼板制成，并有插測針的插孔。
除了乏氣噴嘴作水平布置的部分試驗以外，燃燒器亦水平布置，在全部試驗過程中，燃燒器與水平成150的下傾角，同時向爐膛中心轉80。燃燒器擴口中心到底部的距離，在全部試驗過程中均保持240毫米。
爐膛氣流速度是在與燃燒器和爐膛軸線垂直的平面上以及在離爐膛側墻20毫米的垂直平面上分10層用三孔測針測量的。
圖2標出模型中空氣速度無因次矢量。模型前墻布置了兩只二次風旋轉方向相反的生物質燃燒機，在燃燒器中的一、二次風的不同旋流方向(W/Wp)在垂直平面經過擴口中心進行測量。右側燃燒器與爐膛縱向軸線平行。試驗是在不通入乏氣、和在最初較好的模型方案中通入乏氣(a3- 2026)，縫隙噴嘴處在適當的出口速度下進行的(W3=32米／秒)。
由矢量圖中可知，試驗中收到較好效果的是具有均勻分配乏氣、帶450下傾角的噴嘴。在這次試驗中，在模型爐膛下部看到明顯的渦流形成過程。
在可見木屑的模型試驗中，在高于燃燒器標高處通入乏氣(30、45和55。下傾角)方案中，僅乏氣氣流的上部才有很好的可見度（圖2z，第V層第1點，在該氣流的上部速度矢量方向對于噴口軸線傾斜60～70。）。可以認為這種現象與裝在模型后墻垂直平面上的噴口的傾斜有關，這也說明了為什么乏氣出口氣流擴展角很大的原因。

這種氣流由于爐膛底部極復雜的空氣動力工況，故底部界限無法研究清楚。由于這里形成的渦流疊加在一起，其中包括乏氣氣流下部所形成的渦流。
在高于和等于燃燒器標高區通入乏氣的方案中，無論是均勻分配或集中噴口通入乏氣(圖26)，在用可見木屑作模型試驗時均沒有發現乏氣氣流的擴展角。在集中通入乏氣(下傾角為550)時，也是同樣的情況。
在模型爐膛中再循環系數是在關閉試驗臺風機，按落入爐膛下部的木屑的稱量來作定量估計的。為了排走木屑，模型爐底制成回轉式的。
含塵氣流的模擬是建立在保持自模化的基礎之上的(爐膛橫截面上ReMOA= (60～63)103和Re06p= 73×l03)，木屑氣流的旋轉速度等于0.36米／秒和煤粉流速等于0.35米／秒（對于木屑Re6=5.5;對于煤粉Re6—0.3，考慮到煤粉燃燒這一因素，進入模型的木屑平均尺寸(R7s=95%} R210=70%和R8so=3%)為0.23毫米，煤粉為0.2毫米（為最粗的，假設細粒很快燃燼）。
為了完全遵守這種規則，應該將模型比例加大到1：4，或者在模型爐膛橫截面上將空氣的計算速度降到1. 35米／秒，以及將雷諾數降低一半左右(到38×l03)。
木屑的標準再循環系數采用落入模型底部的木屑質量（在關閉試驗臺風機的條件下）和進入模型的、包含在空氣體積（該空氣體積等于模型爐膛的容積）中的木眉含量之比。
在模型爐膛容積中存在旋流過程時，木屑的再循環系統大致能估計出粒子在爐室中停留時間的相對延長。按通乏氣和不通乏氣（或稱三次風）的模型試驗再循環系數之比能
計出采用三次風的效果，這一比值可稱作木屑的相對再循環系數：
在具有對沖通入乏氣(通過高于燃燒器D。標高處均勻分布的噴嘴，下傾角為450)的較佳方案中木屑再循環系數為2.7，而不通入乏氣時為1.8 (ro= 1.5)。
在最初的試驗方案中（通過與燃燒器處在同一標高的兩只水平噴嘴），通乏氣和不通乏氣時木屑的再循環系數為1.7 (TO=1)。按照BTPI方法【61確定了模型爐膛上部的充滿度，這些充滿度的數值是在采用各種可見試驗方案時求得的。
爐膛充滿程度較好的試驗結果(8=0.64)是在后墻高出燃燒器見的標高上均勻布置乏氣時求得的，其下傾角為550，空氣逮度為32米／秒。在同一方案中，以高速通入乏氣(80米／秒)作試驗沒有達到較好的效果(8=0.53)。在沒有通入乏氣的模型試驗的方案中s =0.23（如同文獻[3]所述），這時氣流沿著模型后墻流動。
在高于燃燒器直徑D。處集中通入空氣（兩只噴嘴），充滿程度8=0.45（水平噴嘴）和8 -0.28(下傾角550)。在燃燒器同一標高上通入乏氣的方案(8=0.27)，在集中時（兩只噴嘴）8；0.39，即大大低于均勻通入 -，13 -乏氣，下傾角為45～550的方案0.61～0,64)。時，8和r。接近值(8=0.6；r。=1.5)。
在高于燃燒器標高處，經水平噴口均勻通入乏氣時，充滿度為0.4，即大于在燃燒器同一標高上通入乏氣的方案(￡=0.27)。
相對再循環系數r。的較佳結果是在均勻分配乏氣、下傾角范圍為30～45。時獲得的(ro=1.55～1.5)。木屑采用空氣干燥、輕木質，堆積比大約為0.17克／厘米3。裝入料斗中的木屑細度為R210= 94%和R8so=3%；落下的木屑細度R210' 94%，而不通入乏氣時略粗，R210= 85%。
試驗結果證明，本文所研究的爐膛過程的強化方法能推薦用于50～75噸／時煤粉爐開式爐膛的工業試驗，其煤粉用熱空氣輸送，生物質燃燒機作前墻布暨。
關于從形成旋流過程來講，帶后部束腰的半開式爐膛比開式爐膛模型得到了較好的結果。通過束腰的下斜面以600下傾角均勻通入乏氣時相對的再循環系數約為2c3]，而在開式爐膛為1.5左右。
從充滿度來看，上述兩種模型的試驗結果大致相同(在二種情況下均為8≈O.6)。

開式爐膛與后部束腰的半開式爐膛相比制造簡單得多，而且對于別爾戈羅德鍋爐廠成批生產50和75噸／時的鍋爐機組來講不需要進行大的改造。如最新生產的50噸／時鍋爐機組，制成燃燒器前墻布置的形式，后墻高于燃燒器Da處均勻通入乏氣，下傾角為450和出口速度為45米／秒則應認為是合理的。對這種工業試驗性鍋爐機組進行試驗將能進一步明確本文推薦的爐膛結構及其熱力特性，這種爐膛結構對于使別爾戈羅德鍋爐廠成批生產鍋爐機組的是很有發展前途的，足以降低金屬耗量，提高經濟性和運行的可靠性。

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