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行业知识

生物质燃烧机应用研究动态

生物质燃烧机应用研究动态

    能源问题举世瞩目,研制、推广高效用能设备,对燃烧过程进行分析检测是节能的重要措施1985年以来,我省一些产业部门不断从国外引进煤气喷嘴及生物质燃烧炉,例如日本高砂工业株式会社煤气生物质燃烧炉,意大利维高公司煤气燃烧技术及西德AGROB公司的煤气燃烧器等.一些单位正在仿制,但燃烧效率普遍比进口的生物质燃烧机低,耗气量大I5—30%.

    燃烧过程是喷射流体引射空气两次进风紊流掺和,伴随着质、热传递cn,流场结构极其复杂.生物质燃烧机混合流场的理论研究对天然气、煤气、液化石油气的燃烧,提高燃烧效率、节约能源等,具有重要意义,随着南海油气田的开采、煤加压气化技术的普及,具有广阔的应用前景.

    生物质燃烧机喷射流体(包括旋动流体)紊流混合流场的研究是流体力学的一个分支,迄今为止仍引起国内外学者的重视(3~5),全国流体工程学会第二届喷射技术学术讨论会上有五篇论文讨论了这一问题,在会议纪要中仍把。流场测试、质热传递和动量交换过程的机理’作为研究方向.

    近年来,有些工厂进行旋动射流试验,把喷射器的结构加以改装,主喷嘴内加入斜槽导流塞,让主射流旋转,在空间作螺旋运动喷射出喷管.旋动肘流在喷管内的运动过程,伴随着大量旋涡存在,属紊流流态,另一股引射流体从切向注入,也形成旋动流体.这种旋动射流的结构,用于燃油高炉的供油系统.这两股流体,一股是油液,一股是空气,通过它们的互相作用,把油珠充分破碎,使之雾化.同时可提高射流卷吸量,改变可燃气体成份,让油液能充分燃烧,起助燃作用.然而,该旋动射流的流场结构较复杂,互相作用的机理问题尚待研究,目前仍处于试验阶段,省油的效果也有待于今后总结(6).

    南京电瓷厂分析了各种烧嘴结构和使用过的烧嘴情况,采用了一种独特的涡流式结构,其最大特点是采用了一个半内混腔,使压缩空气直接冲击在油股上后再形成涡流,造成有利的雾化条件.同时在中心还形成一定负压,将热风吸进去造成很好的汽化和燃烧.但对风量、压力与半混内腔尺寸如何协调配合,有待迸一步优化.

    喷嘴内流动相当复杂,国外许多学者已对简化了的流动模型的流动特性作了不少研究工作.根据各自不同的简化条件,得出了不同的设计计算方法.我国在压力式离心喷嘴设计计算中常采用Doumas方法,而该方法由于没有计及粘性和工作压力影响,流动模型又过份简化,导致计算求得的空气涡半径比,流量系数和喷雾角与实际情况右相当大的偏离.文献(8)借助分析和研究na}CH方法,并通过与Doumas方法、小林清志方法比较,得到了压力式离心喷嘴的空气涡半径比、流量系数和喷雾角是随工作压力变化而变动的规律,纠正了一些学者认为喷嘴尺寸选定后,喷嘴的基本参数是不随工作压力大小而变的概念,文献(9)对离心型喷嘴结合设计工作,导出了实用近似计算公式.    文献(10)研究了亚音速气体喷射器的理论计算问题,从优化条件导出最佳截面比,利用自由射流柬长度取极值条件及联系流控端口特性的方程,确定其几何尺寸.其结果还可为设计高效能的煤气、天然气喷嘴提供计算参考依据.文献(11)考虑了高温喷射泵混合室内的紊流掺和过程,导出混合式的压力表达式,根据优化条件,决定最佳面积几何尺寸和混合式压力值,并在隧道窑抽吸高温气体进行二次燃烧,节约能源,已得到应用,并取得一定的效果.

    文献(12)阐述了液化石油气引射器一次进风及二次进风的工作原理,介绍了石油气喷嘴情况,并讨论了如何提高引射器燃烧效率的问题.图l石油气引射器示意图

    图1为石油气引射器的示意图,它由石油气喷嘴、混合室及文丘里管(出口接热管)等部分组成.液化石油气是经减压阀降为300mmH20(Kg/rn2)恒定压力作为工作液体由“j”端输入,从喷嘴喷出.,第一次引射(抽吸)。Sl’端输入的常温空气,经过混合室3-3截面出口,在经过混合的气体动量,及热管由温度差所造成的密度差折算为单位体积力的作用下,第二次引射常温的空气,从文丘里管。S’端进入管内混合室,由。d’端接热管喷出,进行燃烧.

    流体在文丘里管内流动.除受混合室出口流量的动量作用外,还受出口热管传热引起的密度差所产生的单位体积力的作用.单独考虑当温度差所造成的密度差为引起运动的唯一原因时,称这种运动为自然流动.

    在理论计算中尚有如下四个问题需提出来讨论:

    ①}昆合室压力P3的计算及一次进风引射比ni等,未考虑热管温差引起的密度差而产生的附加流动的影响.将这一部分影响放在文丘里管内处理是恰当的.

    ②各端口阻力特性对石油气引射器的性质影响较大,它们直接影响一次二次进风的引射比,混合室压力P3值,同时影响Gd/Gi比.

    ③热管的面积fd对n2及Gd/Gi的影响较大,

    ④Gd/Gi是衡量石油气引射器燃烧效果的一个重要指标,当Gd/Gi数值较小,石油气炉燃烧时常常出现黄焰,说明燃烧时氧气不足,当Gd/Gi增大至5左右时,石油气炉全部出现蓝色火焰,燃烧效果良好.

    为了提高石油气引射器的燃烧效率,设计最佳的引射器结构,必须充分考虑②~④的问题及决定最佳面积比(由P,取极值条件),文献(12)的理论及实验为此提供了理论依据,对节约能源具有实用意义.

    液化士i坎油送至厂矿作燃料,有很多优点:操作简单,升温迅速,调整容易,为热工机械化及自动化提供了很有利的条t};怛液化气残油燃烧性能与柴油和重汕等很不-卡}{同,使用

    一2一其他喷嘴来燃烧液化气残油是行不通的.文献(13)经探索找到了采用喷射式低压气相燃烧器改装的方案,将残油就地加热气化,这个方案设备简单,投资少,而且可以节省电力,即使停电也不影响生产.

I.储液罐2.液化气泵3.单向阀4.液气储罐

5.液相安全阀  6.气相安全阀  7.气相减压阀

8.气相引射器  9.燃烧头  IO.液压减压阀

II.液相引射器12.预热圈  13.蒸汽管式加热器

    图2液化气残油生物质燃烧机结构图

    液化气燃烧过程,沸点低的成份先逸出,剩下了不易挥发的残油,特别是在贮油罐存放时间长,再经自然挥发的残油,更不易燃烧.本文讨论包含这一类残油的燃烧问题.这种喷射式残油生物质燃烧机如图2所示.它与低压气相生物质燃烧机比较,主要是多了一个预热圈12.蒸汽式加热器13,并与液气储罐组成可移动装置.在气相生物质燃烧机中,低压液化气从喷嘴喷出,射流产生负压,吸人所需空气,经混合管混合后从火孔喷出而燃烧.在液相的燃烧中,为了使生物质燃烧机本身负起使液相气化的任务,设置了预热圈12.在预热圈中,液化气受到生物质燃烧机头部喷出的高温火焰加热成100℃左右的过热蒸汽,然后再经过连接铜管从喷嘴11喷出,在喉管与被吸入的空气混合后,经扩散管提高静压力,从生物质燃烧机头都喷出.为了提高炉内加热效果,要求火焰喷射出一定长度,为此将生物质燃烧机头部火孔收缩,以提高燃气喷出速度,使残油液化气充分燃烧.本装置减少了环境污染,充分提高了能源利用率.

    喷射流体在热管中和生物质燃烧炉中引射空气助燃,两股流体密度相差较大,温度梯度急剧变化,紊流边界层为高湍流区域,紊流掺和过程伴随着动量和能量的交换、质量的传递,因此对混合流场的研究,无论在理论上或实验上都遇到很大困难,国内外文献上迄今未见精确求解的报导.随着测量技术的发展,热线风速仪和流场可视化技术的应用,对观察生物质燃烧机的混合流场提供了有力的工具,对这方面的理论研究无疑也会有所推动,可以肯定研制设计高效率的煤气、石油气喷嘴和生物质燃烧机具有广阔的前景,这方面进一步深入研究必将在节能挖潜的应用上发挥应有的作用.


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点击次数:  更新时间:2017-07-05 19:28:18  【打印此页】  【关闭