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行业新闻

高效率燃烧机的试验研究结果

了D两砭镅轳局G.R.C.型

高效率燃烧机的试验研究结果    Gw-21

    1.导  言

    G.R.C.型燃烧机已经过试验研究用来

满足装有多只燃烧机的大容量锅炉的发展需

要。

    试验时特别着重于:

    ——由于炉膛热负荷的提高而应实现

《紧密》的火焰。

    ——低过量空气运行(研究高效率和减

轻高低温腐蚀)。

    ——减轻重量和缩小轮廓尺寸(减少管

子的挠曲度和缩小风箱的体积)。

    ——尽管采用了低过量空气还应实现没

有大气污染的燃烧(机械不完全燃烧、N0。、

S03、CO)。

    ——减少能量的消耗(燃烧装置的阻力

损失和辅助的雾化压力)。

    ——简化机械装置,增加机械强度,从

而降低维修费用。

    一一简化运行操作。

    早在1966年就已开始研究工作。当马赛

试验站第一阶段工作结束后,阐明了大多数

应攻克的“技术关键”,以便达到令人满意的

特性;1968年投运第了一只G.R.型喷嘴,

然后试制成了一批单元装置,一直到单只容

量为12000兆卡/时。

    但是还必须发展G.R.C.型的工业装置

以满足更大容量的需要。为期15个月的第一

阶段试验是在一台35兆卡/时的锅炉上完成

的。在阐明了每一因素的影响之后,有系统

  ·  2.(总284)

的试验为燃烧机的各部份建立了相似准则。

  J.从2号重油耜量为2000到3500公斤/

时的燃烧装置开始一直发展到为70万珏火

电站设计的G.R.C.型7吨/时的燃烧机为

止。

    该燃烧机首先于1972年末在一只装在

爱科兹的70000兆卡/时的试验台上进行试

验,试运行情况良好。

    这些试验主要是研究和验证已经计算·

好的尺寸,改进燃烧装置和作最佳的调

整。

    另一方面,第一阶段的试验阐明了燃烧“

的最佳特性,这些燃烧特性相当于法国电力

公司为70万砥电站所规定的鉴定条件。

    为了完成这一鉴定工作,法国电力公司

在囊特一雪维莱电站的一台锅炉上建造了一

只试验台(见第3章的说明),从1973年8月

开始按照预定的部署进行了三阶段试验。

    ——第一阶段(1973年8月),在此阶段

中进行了天然气和油一天然气的混燃运行试

验,以检验各种比例进行混燃和单燃天然气

时的运行质量。

    ——第二阶段(1973年11--,12月),主

要在法国电力公司进行鉴定试验,这阶段中

包括如下各项:

    -初步试验并校验1972年末所获得的

试验结果;

    ·法国电力公司鉴定试验;这一示范性

鉴定试验的主要内容是校验在2号燃油的额

定流量(7000公斤/时)和过量空气低子或等于5%时的下述各项标准:

    总的机械不完全燃烧损失:  1克/公斤

(2号重油),允许公差为+0.5克/公斤;

    CO:低于0.015%(以容积计),或150

vpm;

    H2:低于0.010%(以容积计),或100

vpm;

    雾化蒸汽流量与燃料流量之最大比率为

4%。

    ·对机械不完全和化学不完全燃烧损失

进行精确的补充试验;

    ·测量火焰温度和辐射流。

    一一最后阶段(1974年1月至3月),由

于与法国电力公司签订了专门协议,故对下

述两项试验进行了研究:

3    2    1    '    8

    ·用比亚特ZVJ型喷嘴研究喷水的效

果,

    ·按上述各种测量以及按烟囱中烟气的

烟迹来判断向燃烧空气添加再循环烟气的效

果。

    在这一试验过程中所获得的结果成为第

3章论述的对象。第2章包括G.R.C.型燃

烧装置的结构介绍及其工作原理以及比亚特

ZV2型喷嘴的工作原理。

    2.G.R.C.型燃烧装置

  2.1燃烧机

  G.R.C.型燃烧机是属于气流为平流、

燃料流为涡流的一类燃烧装置。燃烧机

(图1)主要包括称为旋流器1的叶片装置,

    6    7

    图1G.R.C.型75000兆卡/时燃烧机纵剖面图

1-具有型线叶片的旋流器;2-圆柱形导风套;3-稳焰盘:4-锥体:5-中心套管:6一静平衡占孔环

    形风门:7-乎衡用的移动式环形风门;8-天然气喷管(改燃天然气或油一气混燃时用的装置)

装在一圆柱形的导风套2中。燃烧机不装耐

火扩口,这样管子的变形可以限制在最低限

度。

    燃烧空气沿燃烧机轴线以平流的方式进

入,经旋流器后变为旋流。旋流器不占据导

风套的整个截面,这样所形成的环形空间就

保持一个轴流空气的通道部分。轴流和旋流

的这种组合就保证实现一个涡流,其特性可

    (总285) -  3  -由下述两个基本参数来表示:

    ——轴向运动量的流量(或称轴向推力)

    ——动力学力矩的流量(或称旋转力矩)

Mr

    涡流的强度可以用无因子数来计算,并

表示空气动力学运动的特性,从而也决定其

火焰的特性(长度,直径)。涡流强度决定于

旋流器的几何尺寸:叶片的倾角和相对高度,

特别是导风套的直径与旋流器直径之比,这

一比值是根据所希望的结果来选择的。

    i:  Mr

    ’一Pn×瓦一

D为导风套的直径。

    旋流器是一种结构上与一般的旋流元件

根本不同的装置:

    ——叶片具有型线,其倾角随半径而变

化,以便使旋流度由中心向周界逐渐减弱。

    这一装置与叶片外侧的《短路》或称《非

重叠性》相结合就能保证带有周界空气的半

径上旋转速度导数的连续性。这样就能在最

小阻力损失的情况下保证最大的效率:

    通过旋流器时气流在半径,.上的倾角可

用下式来计算:

tgar -

(l_ccr)2

(1-ccr)2 + ccr

一×tgar。

    口,。:半径,.上叶片的出气角

    cc,.:《半径r上的短路》或称半径r上

《非重叠性》之比例

    用来计算阻力损失的旋流器中的理论通

流截面,用下式求得:

  ,SRo= S:.j27cr办cosar=27r rRrcosa,卉

    Tm

  ,-。:稳焰盘半径

  rR:旋流器外半径

  —~燃烧机装有一个直径较大的中心稳

  -4.(总286)

焰盘(3)起相当大的影响,因为这一中心

稳焰盘能形成稳焰涡流和三段燃烧(见

2.2)。

    ——装有整流锥体( 4),能向旋流器供

应较均匀的气流并降低总的阻力损失。

    ——为了避免燃烧机停用时炉膛辐射热

对头部的危险影响(在70万豇锅炉机组的条

件下),中心稳焰涡流通过中心套管(5)上的

孔来供应冷空气。冷空气流量至少应相当于

总空气流量的0.5%。

    2.2火焰的形成:三段燃烧

    火焰由三个区段组成(见图2)。

    图2比亚特G.R.C.型燃烧机的

    火焰结构示意图

1-肉眼观察的火焰边界;2-中心回流轨迹;

3-燃烧区;4-预燃和预气化区(暗色);5-

燃油喷嘴:6-导流套;7-旋流器;8-环形

    稳焰小涡流

    ——回流区(回燃区)A.旋流器使空气

作强制旋转,从而引起重油的旋流。这一旋

流在重油流的周界上引起一个回流涡流,将

重油中挥发性最强的产物送回到燃烧机。

    这一涡流冲击在燃烧机的面板上(即中

心稳焰盘——译注),并与重油流的方向相反

快速地形成环状的冲击小涡流(见图2)。

    这二小涡流由吹扫空气供气,很容易实

现低过量空气燃烧,并在所有的负荷下保持

明显的稳定性。

    这一区段是很富于氧化的、净洁的,辐射能力很强,特别是紫外线辐射。

    ——预燃区B.旋流器中的空气尚未很

好混合,而吹扫空气已为小涡流所耗用。

    在这一预燃区内,在环形火焰黑度辐射

的作用下,一方面碳氢化合物爆裂,另一方

面强烈地预热空气嘲然料的混合物。火焰呈

锥形、空心的和较暗的,长约1米左右,因

而是缺氧燃烧。缺氧(空气)是和形成SO,

和NO。相抵触的,何况高强度的中心回流

存在于这一部位。

    ——燃烧区C,呈中性的或略为氧化

的,这一区域扩展到极均匀火焰长度上的其

余部份。

    2.3从后面供应燃烧空气(见图1)

    燃烧装置的总体是较短的,即所谓“紧

凑的”,这样就能限制风箱内部装置的长度。

    从侧面送入的燃烧空气经过位于燃烧机

四周的静态平衡占孔风门(6)而达到稳流的

目的,然后再通过稳流板使气流变得平静,

并消除中心旋流器入口前的残余旋转的危

险。

    活动式环形风门(7)能在燃烧机停运时

关闭空气的入口。然而设计还规定保持少量

的空气流,以便冷却旋流器的叶片。这一环

形风门还用来平衡各燃烧装置间的空气流

量。表示这一空气流量的参数是以压力的平

均值求得的。这些压力是用三根毕托管或

RecknageJ管测出的,测针间是互相联通并

布置在导流套和旋流器之间的轴向气流中。

    由图3中可以肴到活动环形风门传动装

置的特殊结构。传动机构的滑动和滚动十分

自如。

    环形风门是用建立在瓦特平行四边形

原理上的装置来转变成旋转运动。这种结构

不会使操纵机构卡死。控制装置可以是手动

的,也可以是自动的。

    图3燃烧机活动风门的动作原理

    2.4燃料喷射

    这一装置的另一个特点是在于装有比亚

特型Z.V.2的燃料喷嘴,见图4,。

    ——蒸汽和2号重油是用两根管子分开

供应的。这样就能防止雾化蒸汽的冷凝,因

为冷凝会引起雾化零件很快地磨损。

    ——重油的雾化是分级进行的:雾化器

(1)、雾化片(2)完成机械雾化。通过乳化

片(3)的孑L道喷入的蒸汽与已雾化重油的锥

体几乎成垂直交角。这样混合成的乳化液通

过多喷孔的喷头(4)喷出。

    这种喷嘴的负荷变化范围很大。但其主

要的特点是能调节重油射流的“穿透度》。

    乳化液单个射流在空气流中的穿透度,

可以作为半径上射流运动量M矿的矢量的

投影P来计算。

计算穿透度的公式为

P=卫等塑

空气

W sin÷2

    图4  比亚特燃烧机ZV2 89型喷嘴

1-雾化器;2-雾化片;3-乳化片;4-多孔喷嘴;5-2号重油;6-雾化蒸汽

式中  Qn:燃料流量

    c:雾化蒸汽消耗率

    nb:喷嘴数

    W:乳化液的喷射速度

    仪:多孔喷嘴头的喷射扩展角

    乳化液出口速度主要取决于乳化室中的

压力。要调节该室中的压力是容易的,只要

改变乳化片(3)的通流截面就行了。此外这

一出口速度,射流的穿透度取决于喷孔数、

扩展角及其长度,喷孔最大数量与扩展角成

函数关系。喷嘴孔数量过多会引起射流的交

切和发生振动。

    计算穿透度时没有考虑到燃料的形式。

经验表明,这点是应当加以考虑的,因为燃

料的真实流迹取决于下述两个因素:

    ——雾化油滴的尺寸;

    ——所谓预燃区的那一区段中《预气化》

的时间。

    这样,就可以认为,如利用足够的经验,

或许就能容易地将这种喷嘴组合件很合适地

应用于燃烧机装置中,和应用于必须采用的

  ·  6  .(总288)

入口参数(重油的最大压力或所希望的流量

变化,雾化蒸汽的压力和温度)。

    2.5天然气和混合燃料的燃烧装置:多

喷嘴燃烧机。

    虽然法国电力公司只需要为单燃重油的

70万跹锅炉进行燃烧机研究,但是在方案中

也同样试验了天然气或重油一天然气混燃的

试验。

    天然气喷嘴的位置示于图1,

    天然气喷嘴从位于燃烧装置后面的集气

室穿过整个燃烧机,喷嘴是可以定向的,

而且相对于旋流器的移动量是可以调节的。

这些喷嘴顺着由试验所确定的中间方向喷

射天然气,以促进空气和天然气的混合。

每只喷嘴上装有与中心呈逆流方向的喷

孔。

    喷入的天然气流因受燃烧空气的影响而

形成一倾角,并在主喷射流和中心涡流间保

证其射流的连续性。中心涡流是由四根可拆

卸的供气管供应天然气的,这样不管锅炉的

负荷如何都能保证稳定的点火。刍.囊特·雪维莱电站中GR.C.

  型7吨/时燃烧机的试验结果

    3.1囊特·雪维莱试验台的试验条件

    3.1.1囊特·雪维莱电站中二号机组

的锅炉已改装成为大容量燃烧机的试验台。

这台锅炉配5万豇的汽轮发电机组,能生产

227吨/时过热蒸汽,参数为525。C,89巴。

    炉膛为正方形截面(7×7×25米),并敷

有76×7毫米的水冷壁管。16只燃烧机在

垂直方向分四层布置在四角,供经常运行用

(发电用)的冷灰斗被取消,并为一开有2×2

米方孔的底部所代替,在该炉底上安装试验

用的燃烧机(见图5)。

图5试验炉膛

    燃烧空气温度可从1200C调节到

160。C。试验是在150。C的条件下进行的。

试验台有可能将部份烟气再循环至燃烧机。

    本试验台的特点如下:

    ——与70万碰火电站锅炉(前墙布置)

不同,燃烧机布置在炉底。

    ——因此火焰是垂直向上,并在

7.10×7×25米的炉膛中扩展。

    由于火焰是垂直而不是水平扩展,加以

受两侧上升气流的影响,故使火焰略呈瘦长

形,因而相对地长度有些增大。

    ——如果将炉膛四壁的距离和爱科斯卧

式燃烧试验台的炉膛四壁的距离作比较,则

显出《冷壁作用》将是较微弱的,而且其试验

结果与70万珏锅炉机组的运行条件可比性

亦较强,

    ——相反,燃烧空气的温度条件,以及

燃烧装置的阻力损失则与70万碰机组上所

规定的条件相差甚远:空气温度为150。C,而

70万珏机组约为340。C;燃烧机阻力损失为

1500巴斯葛左右,而70万班机组约为2500

巴斯葛。

    试验台的这些特殊条件对下述各项是较

为不利的:

    ——产生机械不完全燃烧损失(业已经

过多次试验,说明在其他条件相同的情况下

提高燃烧空气温度会在相同过量空气下使机

械不完全燃烧损失减少),

    ——最大流量的变化,因为阻力损失的

减少是与空气流量成平方关系的;

    ——火焰的长度。

    相反,也有可能当空气温度降低时会减

少NO。的生成量,但是这样讲还没有把握,

因为炉膛的布置(因而也是沿火焰长度上的

温度分配)同样地并且以不确定的方式起干

扰作用。

    3.1.2燃油的分析

    (见表1)。

    3-1.3所采用的测量装置

    CO、C02、H2、02和N2的含量(火焰

    (总289).  7  ,表l    使用燃油的化学分析

┏━━━━━━━┳━━━━┳━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━┓

┃              ┃1974年  ┃  1974年  ┃1973年    ┃  1973年    ┃

┃试验阶段      ┃        ┃          ┃          ┃            ┃

┃              ┃  2月   ┃    1月   ┃II、12月  ┃    8月     ┃

┣━━━━━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━┫

┃碳含量        ┃    1   ┃    84.9% ┃85.35%    ┃  85.7%     ┃

┃氢含量        ┃    1   ┃    11.6% ┃II.15%    ┃  11.2%     ┃

┃氮含量        ┃   1    ┃    0.3%  ┃0.28%     ┃            ┃

┃硫含量        ┃    1   ┃    2.7%  ┃3.04%     ┃  3.1%      ┃

┃水份    ·    ┃    1   ┃    微量  ┃          ┃            ┃

┃铁含量        ┃    1   ┃27微克/  ┃          ┃            ┃

┃              ┃        ┃  公斤    ┃          ┃            ┃

┃矾含量        ┃    1   ┃22微克/  ┃20ppm     ┃            ┃

┃              ┃        ┃  公斤    ┃          ┃            ┃

┃矿物质        ┃    1   ┃  0.25%   ┃          ┃            ┃

┃镍            ┃    1   ┃  纯存在  ┃          ┃            ┃

┃油沥青稀      ┃5%      ┃  2.8%    ┃2.47%     ┃            ┃

┃钠            ┃    1   ┃          ┃28ppm     ┃            ┃

┃120℃时的密度 ┃    1   ┃          ┃          ┃  0 .905公  ┃

┃              ┃        ┃          ┃          ┃  .斤/lht  ┃

┃1204C时的粘度 ┃    1   ┃          ┃          ┃  2 .20E    ┃

┗━━━━━━━┻━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━┛

中和炉膛出口)是用I.G.C型色层分析仪来

分析的,12只Inter Smat与一只Sefram伺

服描记器相连接。

    灵敏度:H2为15vpm, CO为50vpm。

    NO。是用流迹发光的《NO。分析仪》进

行分析的(美国麻塞诸州Thermo Electrol

Corp.生产)。

    省煤器出口26米标高处的局部气量

指示器是M6canalyse公司的WOME 800

CVF型装置。

    机械不完全燃烧值是在火焰的各点上用

利叶(Lille)不冷却的探头测量的(图6):装

有二氧化硅棉(玻璃棉)的吸气筒,在经过一

小时吸收经干燥的烟气前后所求得的重量

(称量)差就是机械不完全燃烧的重量。

    某几次诚验还结合采用比亚特等动力探

  ·8.(总290)

    图6利叶探头

1-吸气筒:2-固定吸气口;3-密封接头:

    4-一玻璃棉;5-探头

头按《Shell Carbone仪表公司》的方法来测

量的(图7)。这一装置用水冷却,具有能在较

    图7比亚特等动力探头

l-硅棉;2-燃烧烟气:3-分离膜;4-冷却

水:5-挡销;6-固定吸气,除水后测定烟气流量

短的时间内得出精密的测量结果的优点:取

样5~10分钟,分析45分钟,1分钟绘成曲

线图。

    未燃烬粒子积在硅棉上,然后在一只硅

容器里用Cu0来氧化,经雾化、燃烧后,

再测量出口烟气的容积。

    空气流量是用装在增压入口处的机叶来

测量的,并在每根管子里用Reknagel和

P6clet管来检验。

    法国电力公司的火焰测头能测量机械不

完全燃烧、温度、CO、H2、02的含量,也

能测量S03和N0。的含量。这些测针装在

燃烧机出口的不同距离上。

    利用了各种装置来研究烟气流迹,以便对穿过烟气流的带有紫外线的红外线照射频

率谱进行分析。

    热流的测量一方面用Laborelec(比利

时)测针,另一方面用插在侧面的装有热流

计的长测针来测量。、

    3.2燃烧试验的结果

    对于在正常运行条件下单燃油的试验和

喷水,以及烟气再循环的试验,燃气试验和

油气混燃的试验将分别予以论述。

    除前面提到的Z.V.2型燃烧机外,还试

验了两种型式的喷嘴:

    ——比亚特Z.V.2BE型喷嘴,原理和

Z.V.2相同,但形状不同,蒸汽通路是放

在中心的。所取得的特性与Z.V.2型喷嘴的

特性是相同的,后一种喷嘴亦被保留下来了;

    ——比亚特ZVJ型喷嘴,设计有几个

通路(图8)。该喷嘴包括一个燃油回路、水

图8三回路的比亚特zVJ型喷嘴

1-水;2-重油;3-雾化蒸汽

回路(或任何一种其他的液体)以及一个使燃

料雾化和水一燃料变成乳化液的蒸汽雾化回

路。

    乳化液的液滴因沸腾温度的不同而在火

焰中爆裂成为微粒子。

    3.2.1单燃油的试验,正常条件

    3 .2.1.1火焰温度的测量

    等温线示于图9。火焰的最高温度还不

止1300。C,但目前采用的探头超过此温度

就失效了。涡流和气化区没有进行研究以防

止测头被尚处于液态的重油所污染。

    测定了如下各项:

    ——在与火焰接融的点上有一个很大的

图9等温线网格,燃油耗量-7000公斤/时,

过量空气=2%(图中外文:Cote-标高,米,

    下同)

径向温度梯度(800。C/米),这一梯度沿着火

焰的长度逐渐减弱。在轴向温度梯度要弱得

多}

    ——在圆盘前明显地存在一个可能由气

化区引起的高等温线的回程,

    ——在锅炉四壁附近火焰的扩展很强

烈。用肉眼观察,、火焰似乎占据燃烧机的最

大宽度(3.5米),即在13米的标高上。此

时,热烟气仅在接近22米标高处才明显地

接近炉壁,

    ——这样,与炉膛管壁的热交换是非常

强烈的,而且:

    ·特别在燃烧机1到3米的区域内辐射

    (总291).  9.传热强烈(标高11~14米)I

    ·在火焰的尾部对流传热亦特别强烈。

    上述两个现象沿火焰的长度的反方向而

变化,而热流则几乎是均匀的。

    3.2.!.2辐射热负荷和管壁温度的测量

    测量结果列于图10。

    图10所测的热负荷和温度

    1-热负荷;2-温度;3、4-过量空气和燃油

    耗量:

    图中:L2 21-11-73为试验年月日(下同)

    总的平衡

    对于7-2 u屯/时的燃料耗量来讲,所测

得的蒸发量值,可得出如下结果,即蒸发管

圈中吸热功率达5万豇左右。

    这相当于66400大卡/米2.时的平均热

负荷(投影受热面为650米2),并未示60%

左右的热功率(按高热值计),即8.4万碰。

吸热功率随不同的过量空气而变化,在0.7

和3.6%的范围内是不明显的,热负荷和管

壁温度的变化很少相同。

    垂直分布

    热负荷沿火焰高度10米范围内从

  ·10.(总292)

100000降至80000大卡/米2*时。

    ,这一热负荷值可以认为较低的,因为和

火焰的尺寸相比炉膛的尺寸是较大的。这些

数值略微超过按总平衡所求得的平均热负

荷。在额定工况下最高的热负荷位于火焰的

底部(11米标高处)。

    可见最大辐射热负荷在火焰根部,在火

焰长度的8米标高处下降20%左右。

    管壁温度保持恒定木变,这证实了火焰

尾部的对流补偿了对流传热的下降。

    3.2.1.3测量机械不完全燃烧损失

    这些不完全燃烧损失由下述各项构成:

    -20~30%来自燃料的未燃尽物,而

这些未燃尽物是由各种粉粒所组成。这些未

燃尽物已达到了不可压缩的最低限度,除非

改用其他砾料。在囊特,雪维莱试验时每公

斤2号燃油的机械不完全燃烧损失测定为

200到300毫克,

    ——其余的为纯碳,以下述形式存在:

    ·碎裂或不碎裂的新生球体,球体是油

滴热裂后形成的,往往是由油沥清稀组成。

    这些新生的球体由于热裂作用都布有孔

穴,燃烧产物通过这些孑L穴被排走,而且球

体被封闭并压缩在碳中。

    球体经测定为2~50微米;

    ·以悬空微尘和小于0.01微米的碳黑

的形式存在,这些物质由燃烧产生(不管是

何种燃烧都会出现),呈气相,大概是由碳

和金属氧化物所组成。

    a)烟气中的机械不完全燃烧

    在不同的过量空气条件下烟气中固体未

燃尽物含量的变化情况示于图1 1。

    对于化学计量嚣的燃烧而言这一未燃尽

率只达到1.7克/公斤。当过量空气为2%时,

。译注:化学计量燃烧相当于常用的理论空气量燃烧┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━


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┃rules  Sol des  (CotiLu IV.C L. dt..)                                   ┃

┃kg de F.O.                                                              ┃

┃                  2                                                     ┃

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┃- - - Q F.O. . 7 a 9000 kgth.                                           ┃

┃                                      ~ ZVZ SE                          ┃

┃    田 ZVJ  3                                                           ┃

┃      :  .                        R OWC reCyclaqe                       ┃

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┃                                                                     II ┃

┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛

    图11烟气中机械不完全燃烧含量.过量空

气系数对未燃尽物的影响.ZV2.ZV2BE和zVJ

    型喷嘴

    l-固体未燃尽物(包括灰)克/公斤;2-280

    公斤/时<雾化蒸汽流量<300公斤/时:28℃

    <过热蒸汽<42℃;法国产燃油-7 --,9000

    公斤/时;+zvz;①ZVZ BE;田ZVj; 3-R

    烟气再循环;4-过量空气系数

未燃尽率下降至1克/公斤,过量空气从7%

开始,未燃尽率保持在较低的水平上。

    b)火焰中的机械不完全燃烧

    机械不完全燃烧的分布情况示于图12。

    应着重指出如下各项:

    ——在火焰最初的4米内火焰周界上机

械不完全燃烧率是较高的(在这一区域内炉

壁的影响最大),这是由于雾化油滴的分布

所造成的结果;

    ——在火焰的根部,固体未燃尽物处于

燃烧机昀轴线上,回流将油滴或粒子送回火

焰的中心。

    .3.2.1.4化学不完全燃烧H2和CO的

测定

    a)烟气中的化学不完全燃烧

    这一不完全燃烧率是极低的,而且低于

图12火焰的机械不完全燃烧,等浓度曲线

的网格(克/标米3).燃油耗量-7200公斤/时,

    a=2%

测试装置的最低灵敏度。可以这样认为:

CO总是低于50vpm,而H2低于15vpm。

所以法国电力公司提出的条件非但能满足而

且绰绰有余。  .

    b)火焰中的化学不完全燃烧

    所测得CO和H2曲线(图13和14)实

际上是属于相同的形状。

注:炉膛出口处机械不完全燃烧也是在同一

    轴线上测量的

(总293).11·图1 7采用ZV2型喷嘴的鉴定试验,燃油

耗量一7130公斤/Ⅱ-,蒸汽耗量=燃油耗量的

4%.过量空气-3.9另,空气温度-148℃

均角度口

12690公斤/时降至405公斤/时,即相当于

由31.3降到1。火焰很稳定。

    送风试验是在下述时间进行的:增加空

气流量直至脱焰为止。此时过量空气为

1408% (405公斤/时为66000标米3/时)。

    c)火焰尺寸

    理论形状:火焰的尺寸(长度和直径)主

要取决于传给燃烧空气的《旋流度*。

    《旋流度*可M很容易地用下面的比式来

表示:

    S-寺

    m:空气旋转动力力矩的流量

    G。:单位时间内轴向运动量

    假设:

    西。为旋流器(稳焰器)的平均直径

  ·14.(总296)

和:

c形雩},=丌c等~等

z=鲁一鲁

S的表达式为

    S=优    1    1一Z3

    .~一—厂一『『二Z2)3/2'g“

    对于一只固定旋流度的燃烧机,当燃油

耗量为额定值时,火焰的长度主要取决于:

    ——燃烧机喷嘴的阻力损失(如阻力损

失增大,则火焰尺寸缩小);

    ——燃烧空气的温度;

    ——过量空气。

    此外,我们还认为燃烧机作立式布置具

有略微延长火焰的倾向。

    就定量而言,我们测定了如下各项:

    ——当油耗为7吨/时,火焰直径为

3.2到3.5米,长度为10~11米。尽簪过

量空气较低,为1.6%;

    ——当油耗为11吨/时,火焰直径为4

米,长16米(化学计量燃烧的条件下);

    ——当油耗为11.34吨/时,火焰直径为

3.6米,长14米,正常的过量空气为4.5%;

    一击的负荷时,油耗为405公斤/

时,火焰直径缩小0.50米,长度最小为1

米。

    3.2.1.7火焰的形状

    直接在烟囱出口处进行观察,发现在烟

囱高度的10~15米处有略呈红褐色的烟

团。

    这些烟团很快在大气中消散。与其他一

些采用一般燃烧机的机组相比较,这些烟气

是比较明亮的,稀释得亦较快。    对位于锅炉轴线上的烟气进行Bacha-

rach烟气取样(该处机械不完全燃烧率最

高),得出了在1和2范围内的变化值,缺少

    卸-K.等丢.(Qm)2

    式中:

    pco:空气量(公斤空气/公斤)

    Qm:油耗(公斤/时)

    e:过量空气

    臼.燃烧空气温

    曲:空气导管的直径

    根据实验公式计算的系数K等于:  ,

    K= 0.677.10-4

    在额定条件下(7吨/时,e=4%)相应的

阻力损失为1600巴斯葛,空气温度为150。C,

这对于350。C的空气温度(70万跹火电站)

来讲相当于2350巴斯葛。

    3 .2.1.9火焰检测

    在囊特-雪维莱共试验了三种火焰检

测器,其中之一是法国电力公司的专利

A.M.P. 102。其原理与传统的闪烁和紫外线

检测器不同;这种检测装置能在涂布硅的大

面积光敏表面上捕捉火焰发出的所有辐射

线,而且还能对所获得的信号进行滤波,以

便仅仅保存其频率超过某一极限的辐射线

(可调节的)。信号随即进行积分,直流电就

传给一只继电器,当电位差低于某一数值

时,继电器就断开(可调节的)。

    频率的极限可调节得足够高,以便消除

来自炉膛的辐射(红外线和紫外线)。当某组

件发生故障时,检测装置能处于安全保护之

下(固有的保护装置)。

    不管燃烧是何种型武,过量空气值如何,

所得的结果都是正常的,烟气再循环或喷水

所得的结果也相同(见3.2.2)。

  空气时,个别例外的达到4。

    3.2.1.8装置中的阻力损失

    总的阻力损失可由下式求得

(1+e)(273+曰)(10巴斯葛)

    3.2.1.  10油耗量极高的试验

    采用ZV2型喷嘴达到了11070公斤/时

的油耗量,而采用ZVJ型喷嘴达到了12690

公斤/时的耗量,空气温度达到201。C,装置

中的阻力达到5050巴斯葛(这一阻力损失是

按正常耗量7000公斤/时计算的)。仅仅一

只燃烧机就保证了锅炉发出4.8万跹的功

率。装置的调节灵活性从低于400公斤/时

变化到超过12000公斤/时的油耗量。

    3.2.2向燃烧空气作烟气再循环和向火

焰喷水的试验

    这些试验的次数是有限的,因为可以援

引某些令人感兴趣的结论。

    3.2.2.1烟气再循环的效应

    烟气再循环会增加机械不完全燃烧损

失,然而即使再循环率达到30%还是处在

可以接受的限度内(原要求为0.5克/公斤,

e=s26,现为0.9克/公斤)。

    NO。明显地下降:当再循环率为30%,

燃油耗量为7200公斤/时的额定负荷,过量

空气为5%,所测得的N0。含量从250vpm

降至195vpm,即约阵低20%。可能对于我

们未能研究的最高再循环率来讲,这一降低

值将显得极为重要。

    另外,看来似乎也有可能降低S03的形

成。然而,还不能肯定,因所测得的含量尚

处于测量不精确度的数值之内。

    由于火焰头部热负荷的降低使辐射热负

荷的纵向曲线趋于等值(见图18和19)。

    这就使得捕测的辐射略有减弱,但减弱

    (总297)_15·    图2【J喷水的效果,等韫线阌格

    鼹油钝量- 7150公斤/时:过量空气=lO%:

    再循环率一24%:喷水=19%

    容积重量:0.741公斤/标米3

    密度:0.573

    %

成髅篓

空气量:9.65鼍姜。(空气)/标米。(天然

气)

    烟气量:13.2公斤(烟气)/标米3(天然

气),或10.6标米3/标米3

    图21  ZV/型喷嘴

燃油耗量-720J公斤/叫:过量空气=5.2%;

    再循环= 20%

    图22 ZVJ型喷嘴

燃油耗量一7150公斤/时;过量空气-10%;

  水耗量- i2so公斤/时:再循环=25%

    3.3.1单燃天然气的试验

    烧天然气时,火焰保持与单燃油时大

致相同的结构,稳焰的旋涡总的来讲也是稳

定的。

    试验时天然气的最大耗量为8560标米3

/时(集箱中的压力为1.3巴)。

    过量空气降至1%,没有出现CO。

    试验时最低耗量为460标米3/时(即是

    (总299)说其负荷变化灵活性超过1~17)。

    值得指出的是不管采用何种耗量的天然

气或直到过量空气超过200%都没有出现过

火焰的不稳定或引起脉动的问题。

    3.3.2油/天然气混燃的试验

    按各种油/天然气比例(10%天然气,

90%油到90%天然气,10%油)作了各种

运行试验都证实了,保持着单燃油时的一般

火焰结构。

    混燃时不需要对装置作任何特殊的调

节,其参数与单燃油和单燃天然气时的参数

相同(图23)。

    图23

上图:单燃天然气,最大流量为8560标米3/时,

过量空气为5%;下图:燃50%天然气、50%

油,天然气流量为3296标米3/时、油流量为

    3468公斤/时,过量空气为1.2%

.18.(总300)

    4.小    结

    单燃油时的运行效率

    (1)与额定流量7吨/时的鉴定标准作

比较:

    当e=5%和试验台的特殊条件下(空气

温度150。C,而不是340。C,这使负荷损失从

2600降至1500巴斯葛左右)总的机械不完

全燃烧损失不超过1.5克/公斤。

    在过量空气为3.5%时,取其平均值为

0.7克/公斤,雾化蒸汽耗量低于油耗的4%。

(烟气取样试验总是低于或等于2,即超过

106)。

    允许的最大化学不完全燃烧损失(在相

同的过量空气条件下)为:CO-lOOvpm.

Hz-150vpm。

    在所有的情况下,我们取得了如下数槲:

CO-低于50vpm,Hz-低于15vpm。

    (2)额定流量时的其他测量

    NOr:平均为260vpm

    S03: e=1.5%时,平均为17vpm,e=

4%时为25vpm。

    其他一些测定的特性数据(火焰尺寸和

稳定性,冷态点火,检测,燃烧机各部件的

温度)证实了在所有的测点上都实证了1972

年年底所作试验的结论,所以能保证燃烧机

具有很大的可靠性。

    (3)极大耗油量时的试验

    试验达到了12690公斤/时的耗量,空气

温度达到201。C,燃烧机的阻力损失为5050

巴斯葛,一般来讲火焰保持稳定,火焰形状

亦大致不变。

    燃烧机调节灵活性从低于400公斤/时

到超过12000公斤/时。

    单燃天然气和油一气混燃时的性能

    仅在过量空气低于1.5到2%时才开始出现CO。

    保持各种低过量空气,都能实现各种混

合比的燃烧,火焰稳定,没有脉动。

    这些试验结果能视为有利于发展新一代

的多种燃料的新型燃烧机,以实现具有空效

率的“净洁”燃烧。

    (上海锅炉厂研究所思能川译自《Revue

Generale de Thermique》1974,№154)

高速切割.现象

    气割和等离子切割

    在,刊用铁和氧的燃烧反应的气割操作

中,为了提高切割速度,所以在切割槽前沿

部,必须充分供给高纯度的氧气,并保持高

流速。如果仅仅为了确保给氧量,那么只须

扩大氧气喷出孔的口径就容易得到解决。

但是,为了提高氧气流速,那就需要作进一

步努力。

    图l所示为二种气割时所使用的氧气割

(曩)  叉}L,-}/文Jp

    (b1歹4,≮一《y}/戈,p

    图l  在气割时使用的氧气割嘴

    (a)直线形割嘴

    (b)扩散形割嘴

嘴,图1 (ci)示出喷出孔为简单圆筒形,称为

直线形割嘴。这种形式的割嘴,若使原压

PO增加,  则这个位能转换为动能,  即出现

氧气喷流的流速∞增大(其静压为大气压)。

但是,如果P。=1.89公斤/厘米2(绝对压力)

GW-22

时,则在喷孔出口处的氧气流,其静压是大

气压,其∞达到音速。此后,随着P。的增

加,气流向横向膨胀,同时静压(密庋)和流

速略有增加。但是,如图2所示,在气流中

慰瑟

发生垂直冲击波,流速和密度都达到顶点。

    如上所述,在直线形割嘴中,要获得比

音速更高的流速是受到限制的。但是,如图

l(b)所示,如果采用能满足公式(1)的扩散

形割嘴,那么相应于割嘴设计的Po附近,不

会发生冲击波,可以获得M倍音速的高速

氧气流。

式中:  P1:割嘴出口压力

    ,.:比热比- 1.4(氧气)

    M.在割嘴出口处的流速马赫数

    SC:割嘴喉部截面积

    S1:割嘴出口截面积

    但是,在这种情况下,如果喷火口高度

(总301)i 19.


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点击次数:  更新时间:2016-12-23 21:59:46  【打印此页】  【关闭