新闻中心

联系方式

地址:河南省郑州市二七区马寨产业集聚区

销售经理15638177798

销售经理13523562058

销售一部0371-55862358

销售二部0371-56761878

销售三部0371-56761879

邮箱:jieganji@126.com

网址:www.jiegankeliji.com

:87260026

当前位置: 网站首页 > 新闻中心 > 行业新闻
行业新闻

达冠生物质燃烧机着火稳燃的简化模型及其在旋流回流区中的应用

达冠生物质燃烧机着火稳燃的简化模型及其在旋流回流区中的应用

1496826680480234.jpg

摘要介绍了可控浓淡旋流燃烧器浓淡分离的原理及试验结果,利用回流区搅拌均匀反应热理论模型结合风粉射流浓淡分离特点及颗粒浓度分布实验结果,通过热质交换平衡分杌建立了一个旋流生物质燃烧机浓淡燥粉在回流区着火及气流火焰稳定性综合模型,求解得到生物质燃烧机稳定着火燃烧的特征参数及生物质燃烧机结构、运行参数变化对着火的影响,获得使煤粉稳燃的最小回流区长度及主流煤粉浓度,并结合工业性试验结果,对模型进行了验证。

1  引言

    近年来随着我国电网调峰不断增加,对电站锅炉煤粉生物质燃烧机低负荷稳燃提出了更高的要求。煤粉浓淡燃烧技术是一种新型的、具有较好低负荷稳燃性能的燃烧技术。但已有的大多为四角直流形式,墙式布置的旋流生物质燃烧机极少见,而我国仍有相当数量的早期旋流生物质燃烧机锅炉,这些生物质燃烧机燃烧状况较差,低负荷稳燃不理想。此外,随着锅炉容量的增大,对火焰分布均匀性及炉膛出口温差等的要求更高,使旋流生物质燃烧机技术的研究再次活跃起来。本文报道了笔者研究的一种新型煤粉浓淡旋流燃烧器,并在回流区搅拌均匀反应热理论模型基础上,建立了一个煤粉浓淡旋流生物质燃烧机回流区着火燃烧稳定性简化模型,并且结合实炉进行分析计算。

2  可控煤粉浓淡旋流生物质燃烧机

    浓淡旋流生物质燃烧机结构及原理见图1。当煤粉气流流经分离装置(撞击块)时,因挡块的惯性导向作用,并由于煤粉颗粒的运动惯性远大于空气的惯性,经与挡决碰撞后大部分反弹进入内环浓侧气流通道,小部分煤粉颗粒随空气在压差作用下绕流挡块进入外环淡侧气流通道。这样,煤粉气流被浓缩,形成内浓外淡。浓度的连续调节是通过改变挡块轴向位置来实现的。当挡块沿轴向移动日寸,浓淡分离效果变化明显。图2浓淡分离试验结果‘习表明,浓淡比可达到5~7倍。煤粉内浓外淡方式,可减缓燃烧器出口煤粉的径向弥散,把煤粉富集在回流区边界,十分有利于着火和稳燃。

3  浓淡旋流生物质燃烧机回流区火焰稳定模型

    旋流生物质燃烧机最大特点是存在速度反向的回流区,因此对它的稳燃机理的研究也主要集中在回流区对着火稳燃的机理研究上。

    早期人们大多采用近似分析方法,建立回流区着火稳燃理论或模型j。例如:G.C.Williams及赫特林等人的简化热理论建立火焰稳定模型,Long-w ell和Weiss应用搅拌均匀理论。虽然这些理论属于一种近似的半经验简化理论,但其理论和实验结果符合较好,最典型的例子是在钝体尾迹回流区中应用‘”q。近代已有人进行旋流生物质燃烧机或旋转射流的流动和燃烧的数值模拟.但由于回流区的存在,使得计算很复杂及模型本身不直观,为此针对旋流生物质颗粒燃烧机煤粉浓淡分离特点及回流区燃烧流动特性,以热质平衡为基础,提出了直观实用的浓淡旋流生物质颗粒燃烧机回流区火焰稳定性综合模型。为此作如下几点假设:

    (1)由于在燃烧状态下回流区中的低速高湍流的特点,可认为具有均匀的温度和挥发分浓度分布;

    (2)在回流区中只考虑挥发分析出燃烧,忽略碳粒的着火燃烧(在下面说明其合理性);

    (3)回流区与主流间进行着强烈的热质交换,这一过程属湍流混合交换,可用雷诺比拟来近似计算;

    (4)煤粉在回流区中的停留时间定义为回流区的质量除以回流区与主流间的质量交换率。

    谚模型的特点:①考虑了挥发分在回流区中的行为特征,如着火及燃烧条件,以此作为建立着火热平衡及火焰稳定性模型的基础;②结合煤粉浓缩特点,在模型的建立及计算过程中始终体现出煤粉浓缩效果对气流着火及火焰稳定条件的影响,并得到使煤粉气流火焰稳定的最小浓度及回流区长度。

3.1煤粉在回流区中的行为特性

    模型的前提是在回流区中只考虑挥发分的燃烧,未考虑煤焦碳的燃烧。因此,就必须对煤粉在回流区中停留时间,挥发分析出规律等进行研究以确认模型假设的合理性。

    (2)着火预测

    煤中挥发分的组成及浓度是较难确定的.但是如果最难反应的气体能满足着火条件,再假定全部挥发分均为这种气体,那么,在含有其它容易反应的气体时,肯定可以满足着火条件。根据E.H. Johan等人‘韧的实验,CO为最难反应气体(浓度值最高),如以回流区温度T=13 000K,则燃料最低可燃浓度LELco= 0.007,对照图3,可说明就挥发分着火浓度的极限来说,常规煤粉及浓缩煤粉两种气流都能满足条件,煤粉进入回流区后的着火时间是非常小的。但达到同样的着火浓度所需的时间有较大差异,浓缩煤粉气流所需的着火时间明显小于常规气流。这个时间差随着挥发分在回流区中停留时间的增大而变大。

    以上从回流区挥发分停留时间、析出规律、浓度分布、着火预测及燃烧时间等方面,论证了前面假设的合理性,为热平衡简化模型的建立提供了依据。

4着火热平衡模型及火焰稳定性条件

4.1回流区着火热平衡模型

    上述分析只为模型建立提供依据,整个气流火焰能否稳定还取决于主流与回流区之间的热量平衡及主流的浓度、温度等参数。火焰稳定的关键在于燃烧过程的初期,而回流区正符合条件。因为该区域具有低流速、高温、高湍流特点,温度和挥发分浓度可近似认为均匀,因此能满足前面的假设条件。

    假定回流区边缘与煤粉主气流进行热质交换,回流区的热量传到主气流中去,气流中的煤粉则扩散到回流区中并在其中燃烧释热,成为回流区的热源。回流区的热平衡方程式可以写成

4.2火焰稳定性分析

    煤精气流燃烧过程中火焰是否稳定,取决于射流能否及时着火燃烧、释热以维持回流热气流的较温度。显然,回流热源对煤粉气流火焰稳定起着十分重要的作用,其温度的变化能直接反映煤粉气流火焰的稳定程度。由此可确定火焰稳定的条件

5计算结果分析与讨论

5.1  煤粉浓度对火焰稳定性的影响

    煤粉浓度对着火的影响计算结果见图4。由图可见:①随着煤粉浓度的提高,最小回流区长度将下降,下降幅度随煤粉浓度的提高而减少。这也说明过分提高浓缩比不一定科学,因为这时有利因素在减少而不利因素在堵加。②随着回流区温度下降(如低负荷时炉内温度水平下降),上。讪迅速增加,增加幅度随温度下降而提高。也就是说在较低的温度水平下,要求回流区长度更长,即稳燃更不容

    对照在应用的合肥电厂2#炉生物质颗粒燃烧机,在设计负荷下,假设死-1300 K,煤粉浓度为0.5,则三。i。约为0. 8m,试验实测回流区大于此值旧,能满足火焰稳定性条件;但当负荷下降,使回流区温度降至Tp =1 200K,如煤粉浓度仍为0.5,则最小回流区长度将增至1. 04m,这时,2#炉生物质颗粒燃烧机火焰就可能不再稳定。而采用浓淡分离技术改造后,显然能达到着火及火焰稳定条件。这点和该电厂2#炉旋流燃烧器调整试验结果基本吻合。

5.2煤种变化对火焰稳定性影响

    最能体现煤种变化,且对锅炉燃烧影响最大的是可燃基挥发分。图5的计算结果表明,煤种挥发分含量下降,要求回流区最小长度增加,如当煤粉浓度为0.4时,可燃基挥发分v由0.3下降至0.1时,上。i。由0. 411m增加到1.85m,增加了4.5倍;而当煤粉浓度提高到0.8时.在煤挥发分同样的变化范围内,三。i。仅由0.  192m增加到0.666m,只增加了3.5倍,可见浓缩煤粉更有利于火焰稳定。

5.3煤粉气流初始温度对火焰稳定性影响

    图6为回流区最小稳燃长度与煤粉气流初温的关系。由图可见,煤粉初始温度提高,回流区最小稳

长度将减小,有利于燃烧稳定性。针对该电厂2#炉,在图示的工况范围内,均能达到火焰稳定性要求。

5.4   220 t/h煤粉炉生物质颗粒燃烧机火焰稳定性预测

    电厂2#炉旋流生物质颗粒燃烧机改造前后火焰稳定所需要的煤粉最小浓度Cmi。的计算结果见图7及图8。

    图7表明温度提高,浓度下降。对于v=0.184 8的运行煤种,在设计负荷下假如回流区温度36Tp =1 300 K,要求最小煤粉浓度Cmi。-0.4,这是能满足的;但当负荷下降(假设Tp=1200K),则要求Cmi。达到0.589,这就难以满足了,特别是煤种不好的情况下,更是如此。

6结论

    本文应用近似理论分析方法,获得浓缩煤粉在回流区中的停留时间,挥发分析出规律,求解挥发分燃烧时间,证明了挥发分在回流区中能达到着火条件并得到充分燃烧。在此基础上,提出了浓缩煤粉挥发分在回流区着火及气流火焰稳定性简化模型,计算得到火焰稳定所需的最小回流区长度及煤粉浓度,并就火焰燃烧温度,气流初始温度,煤种挥发分等因素对它们的影响进行了讨论分析。对220 t/h煤粉炉生物质颗粒燃烧机火焰稳定性进行了预测,结果对工程设计及应用有十分重要的指导意义。

更多
点击次数:  更新时间:2017-06-07 17:11:02  【打印此页】  【关闭