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行业新闻

集体炊事沼气燃烧机的试验研究

集体炊事沼气燃烧机的试验研究

    沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳。甲烷是一种火焰传播速度非常小的可燃气体,二氧化碳是隋性气体,两者混在一起就使沼气的火焰传播速变更小,燃烧时不易稳定,常发生离焰或脱火。这不但浪费了大量的沼气能,而且还污染了环境。近几年来,对家用沼气灶进行了大量究研,在燃烧方面得到合理的解决。但是热负荷较高的生物质燃烧机(例如沼气食堂灶燃烧器),当沼气一空气}昆合气;藐速度增加时,就容易发生离焰或脱火,甚至吹熄。通常使用的燃烧器均满足不了要求。

  近年来,在可燃混合物的高速气流中采喟钝体来使火焰稳定的研究受到了高度重视。人们对钝体的各种特性进行过较多的研究,对钝体稳燃的物理模型和数学模型也作了一些探索,但对于沼气的钝体稳燃器的研究,l:l未见报道。为此,我们研究了钝体对招气燃料的稳燃作用,以解决沼气燃烧不稳定的问题,从而提高沼气能的有效利用程度。

  二、火焰稳定性的结构模型和理论分析

  当高速的可燃气流沿钝体镜流时,在钝体的背后将会产生一个反向的压力梯度,形成一个回流区。通过钝体两向流动的图解模型(如图1)可以看幽:回流区和可燃气之间韵能量交换造成了火焰稳定的条件。在可燃气流和回流区之间存在着质量、动量和能量变换,这种交换发生在垂直于回流区的边界上。在边界上有一个着火点R,R点后的气流具有较高的温度,即火焰温度Tf,而回流区温度Tr低于Tf,因此,在RF线上有热量交换,火燃将热量传递给回流区;在R点以前的可燃气流具有较低的温度To,Tr>To,因而在回流区的烟气沿OR线将热量传给可燃气流。当这两部分的热量相等时,火焰即在R点处稳定下来。如果火焰向回流区传递的热量大于回流区传递给可燃气流的热量,则着火点前移,反之后移。

    从上述回流区热平衡的物理过程分析可知,由于钝体的存在,给着火提供了一个稳定的热源。

    回流区的几何尺寸(长宠L和宽度d)可决定它的体积VR,即:  VR-FRV.L.d

    式中:L-回流区长度:

    d-回流区宽度(即钝体宽度):

    FRV-回流区形状因素。

    回流烟气在回流区内平均停留时间tr

为:    PrVR

    tr-

    '    m

    式中:p,一回流烟气的平均密度;

    m-质交换量。

  BoVina(19s9年)研究指出:tr-垤弋等

  式中:K-无因次停留时间,且K=104,此值对于钝体尺寸在较大的范围内均适用;

    Uo-可燃气体的流速。

    删回流区和可燃气流之间通过整个边界的质交换量为:

    pr旦坠一—坠量垦旦L-U彳

    Dl=_ tr

    于是我们可得到火焰区与回流区的热交换量(通过RF边界)为:

qfr=£!KRRv(L - Xi)Uo(CPf Tf-CPr Tr’

    回流区与可燃气流的热交换量(通过OR边界)为:

qro-—旦rFRL X,Uo(CprTr-CpoTo)

    当可燃气流着火所要求的热量超过回流区所吸收的热量,火焰就吹熄。为了维持火焰的稳定,在回流区必有一个热平衡,即:

    qro- qfr

    最后可得火焰稳定的条件为:

    Xi    CPfTf-C PrTr

    -L5-CPfTf-CP。T。

    式中:Tf、T,、To-分别为火焰、回流烟气、可燃气流的绝对温度;

    CPf、CPr. CPo-分别为火焰、回流烟气、可燃气流的比热;

    Xi-着火距离,

    根据Williams(lg65年)研究指出:

  \i= U20.锛

    式中:WT-反应速度

图l  回流区和火焰稳定性模要

三、生物质燃烧机的结构原理与技术性能

    为了保证沼气在较高热负荷下稳定燃烧,在生物质燃烧机头部装有钝体(即盖板)。盖板可自由上下调节缝隙高度。当沼气中甲烷含量增加,即沼气热值上升,则缝隙面积要减小,将缝隙高度下降,以保证火焰稳定。反之,将缝隙高度升高。在钝体下部设有8个气流孔,目的是使气流均匀分配,同时保:证每个孔有足够的二次空_i。我们对8个孔分别采用(p3. +3.5.巾4不同孔径进行试验,得出头部能量损失系数最小、火焰清晰的孔径为中4。最后选用中4 1i流孔8个。生物质燃烧机头部和引射器的结{见图2。燃:烧器的全貌见图3。

图3  烧燃器全貌燃烧器分6管、5管、4管、3管四种

规格,性能见下表

    泣:雌t器一定要与传热效果抒的砖砌食堂让_}丌配合,燥。E燃笔器具有较高的热效3和燃烧效率.燃烧器前沼气压力:100-7水柱;一次空气系数:65czo;单管燃烧器额定热负荷:3000千卡/H单管燃,I!毛器喷咀了L径:2.6毫米。

  四、几点结论

  1.着火提前。由于钝体的存在,产生了一个回流区,给沼气着火提供了一个稳定的热源,这就使沼气有可能在短暂的时间内及时着火,使着火提前并放出大量的热量,因而给沼气的稳定燃烧提供了有利条件。

    2.提高热负荷。沼气燃烧器热负荷的提高意味着沼气流量的增大,沼气流量的增大导致燃烧器火孔出口速度的提高,就会引起燃烧火焰的离焰或脱火,甚至吹熄。但是采用了钝体,有可能大大提高燃烧器的热负荷而不发生火焰吹熄的现象。

    3.增大一次空气系数。通常使用的沼气燃烧器,当一次空气系数大于0.8时,会出现燃烧不稳定现象,如果燃烧器头部装有钝体,有可能增大一次空气系数,这样有利于燃烧火孔热强度的提高,是解决沼气高强度燃烧的有效措施之一。

    4.减少烟气中一氧化碳含量。在燃烧器头部装有钝体,沼气就可在高热负荷、高一次空气系数下燃烧,燃烧乜必然完全,则烟气中一氧化碳含量可大幅度下降,减少环境污染。


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点击次数:  更新时间:2017-02-20 15:20:20  【打印此页】  【关闭