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行业知识

前墙布置有生物质燃烧机和乏气对冲喷入的开式炉膛的空气动力场研究

前墙布置有生物质燃烧机和乏气对冲喷入的开式炉膛的空气动力场研究

    在燃烧由低速钢球磨煤机磨制的烟煤和无烟煤煤粉,并向炉膛供给热空气时,乏气的喷口最好布置在高于燃烧器直径的位置上,而向下的倾斜角不大于200,或者当燃烧器前墙布置时,则乏气喷口布置在后墙与燃烧器的同一标高上。

    在燃烧器上部布置乏气喷口以及在前墙布置燃烧器同没有通入乏气相比较,将使火焰更挤向炉膛后墙。在燃烧器作对冲布置和在同一标高布置乏气喷口时,燃烧室空气动力工况略有改善。可是在燃烧室下部没有创造形成旋流过程的条件,而这种过程可以促进煤粉的强化燃烧。

    前墙布置和对冲布置相比较能大大减少燃烧器数量,提高其出力,大大缩短输粉和空气管道,并为在燃烧器中较蚜匀地分布煤粉创造条件。

    在前墙布置燃烧器的情况下,从后墙超过燃烧器的位置对冲通入乏气,有助于改善火焰在开式炉膛容积中的充满度,并在炉膛下部建立旋流过程。这种情况在半开式后部束腰的空气动力模型中也同样发现过,在该模型上乏气是通过束腰的下斜面喷入的。

    为了便于比较,在50吨/时锅炉机组的开式炉膛中进行了冷态空气动力模型试验研究;在前墙采用两只生物质燃烧机(燃烧器中二次空气的旋转方向是相同的,一次空气和二次空气的旋转方向是相反的),并采用从后墙喷乏气的不同方案。

    曾在模型的全宽度上高出燃烧器相当于扩口直径D。处平均布置缝隙喷嘴作乏气喷射试验(49只喷嘴,每只宽度为3毫米,喷嘴高度可改变到50毫米,下倾角可达550),下倾角度为0、30、45和550,而在燃烧器同一标高上,喷嘴下倾角度为0和550。试验这些不同方案时,宜采用中等的乏气喷射速度32米/秒(喷嘴开度为17毫米)。在喷嘴倾斜550的方案中,在通入高的空气出口速度W3=80米/秒下进行了补充试验(喷嘴开度为7毫米)。

    同样也试验了通过2只喷口(按燃烧器只数)集中喷乏气的模型试验方案,向下倾斜角度为0和550,其布置标高为超过燃烧器的D。和与燃烧嚣处于同一水平(W3= 32米/秒,喷嘴尺寸,宽度为17毫米、高度为80毫米),为了便于比较还进行了无乏气的模型试验。

    在所有的方案中一次空气、二次空气和乏气的比例分别为20—60—20%,而无乏气的模型试验在27~75%之间。一次空气速度大约为19.5和23米/秒,二次空气为24和27米/秒,W2/WI= 1.2。模型风量节为1400米3/时,模型横截面流速约为2.2米/秒,在该截面上雷诺数约为60×l03(在模型中为73×l03)。

    图1介绍了开式炉膛锅炉机组出力为50吨/时的模型设备系统。前墙布置两只双蜗壳燃烧器和从后墙高出燃烧器Da的地方通入乏气。一次空气和乏气经一只风机,二次空气经另一只风机。在模型吹风时,旋风分离器作为收集观察用的木屑之用,圆盘给粉机将木屑送入一次风和乏气收入管。图l  具有开式炉膛锅炉机组的模型设备图1--二次风风机;2-炉底旋转部分;3-炉膛;4-生物质燃烧机;5-旋转挡板;6-测量孔板;7-后墙吊管;8-转弯室;9-旋风分离器;10-对流过热器;11-锁气器;12-缝隙式喷嘴;13-料仓;14 -圆盘给粉机;15--

    次空气和乏气风机;16-密封挡板

    模型制造比例为1;10,宽402毫米,深435毫米,从炉底最低点到炉顶最高点的高度为1430毫米,燃烧器截面做得较大,为1:10比例尺寸的1.25倍(D。-99毫米),而乏气喷嘴较1: 10的比例大2.8倍

    模型右侧墙用有机玻璃制成,以便肉眼能够观察。而左侧墙用钢板制成,并有插测针的插孔。

    除了乏气喷嘴作水平布置的部分试验以外,燃烧器亦水平布置,在全部试验过程中,燃烧器与水平成150的下倾角,同时向炉膛中心转80。燃烧器扩口中心到底部的距离,在全部试验过程中均保持240毫米。

    炉膛气流速度是在与燃烧器和炉膛轴线垂直的平面上以及在离炉膛侧墙20毫米的垂直平面上分10层用三孔测针测量的。

    图2标出模型中空气速度无因次矢量。模型前墙布置了两只二次风旋转方向相反的生物质燃烧机,在燃烧器中的一、二次风的不同旋流方向(W/Wp)在垂直平面经过扩口中心进行测量。右侧燃烧器与炉膛纵向轴线平行。试验是在不通入乏气、和在最初较好的模型方案中通入乏气(a3- 2026),缝隙喷嘴处在适当的出口速度下进行的(W3=32米/秒)。

    由矢量图中可知,试验中收到较好效果的是具有均匀分配乏气、带450下倾角的喷嘴。在这次试验中,在模型炉膛下部看到明显的涡流形成过程。

    在可见木屑的模型试验中,在高于燃烧器标高处通入乏气(30、45和55。下倾角)方案中,仅乏气气流的上部才有很好的可见度(图2z,第V层第1点,在该气流的上部速度矢量方向对于喷口轴线倾斜60~70。)。可以认为这种现象与装在模型后墙垂直平面上的喷口的倾斜有关,这也说明了为什么乏气出口气流扩展角很大的原因。

    这种气流由于炉膛底部极复杂的空气动力工况,故底部界限无法研究清楚。由于这里形成的涡流叠加在一起,其中包括乏气气流下部所形成的涡流。

    在高于和等于燃烧器标高区通入乏气的方案中,无论是均匀分配或集中喷口通入乏气(图26),  在用可见木屑作模型试验时均没有发现乏气气流的扩展角。在集中通入乏气(下倾角为550)时,也是同样的情况。

    在模型炉膛中再循环系数是在关闭试验台风机,按落入炉膛下部的木屑的称量来作定量估计的。为了排走木屑,模型炉底制成回转式的。

    含尘气流的模拟是建立在保持自模化的基础之上的(炉膛横截面上ReMOA= (60~63)103和Re06p= 73×l03),木屑气流的旋转速度等于0.36米/秒和煤粉流速等于0.35米/秒(对于木屑Re6=5.5;对于煤粉Re6—0.3,考虑到煤粉燃烧这一因素,进入模型的木屑平均尺寸(R7s=95%} R210=70%和R8so=3%)为0.23毫米,煤粉为0.2毫米(为最粗的,假设细粒很快燃烬)。

    为了完全遵守这种规则,应该将模型比例加大到1:4,或者在模型炉膛横截面上将空气的计算速度降到1. 35米/秒,以及将雷诺数降低一半左右(到38×l03)。

    木屑的标准再循环系数采用落入模型底部的木屑质量(在关闭试验台风机的条件下)和进入模型的、包含在空气体积(该空气体积等于模型炉膛的容积)中的木眉含量之比。

    在模型炉膛容积中存在旋流过程时,木屑的再循环系统大致能估计出粒子在炉室中停留时间的相对延长。按通乏气和不通乏气(或称三次风)的模型试验再循环系数之比能

计出采用三次风的效果,这一比值可称作木屑的相对再循环系数:

    在具有对冲通入乏气(通过高于燃烧器D。标高处均匀分布的喷嘴,下倾角为450)的较佳方案中木屑再循环系数为2.7,而不通入乏气时为1.8 (ro= 1.5)。

    在最初的试验方案中(通过与燃烧器处在同一标高的两只水平喷嘴),通乏气和不通乏气时木屑的再循环系数为1.7 (TO=1)。按照BTPI方法【61确定了模型炉膛上部的充满度,这些充满度的数值是在采用各种可见试验方案时求得的。

    炉膛充满程度较好的试验结果(8=0.64)是在后墙高出燃烧器见的标高上均匀布置乏气时求得的,其下倾角为550,空气逮度为32米/秒。在同一方案中,以高速通入乏气(80米/秒)作试验没有达到较好的效果(8=0.53)。在没有通入乏气的模型试验的方案中s =0.23(如同文献[3]所述),这时气流沿着模型后墙流动。

    在高于燃烧器直径D。处集中通入空气(两只喷嘴),充满程度8=0.45(水平喷嘴)和8 -0.28(下倾角550)。在燃烧器同一标高上通入乏气的方案(8=0.27),在集中时(两只喷嘴)8;0.39,  即大大低于均匀通入    -,13 -乏气,下倾角为45~550的最佳方案0.61~0,64)。时,8和r。接近最佳值(8=0.6;r。=1.5)。

    在高于燃烧器标高处,经水平喷口均匀通入乏气时,充满度为0.4,即大于在燃烧器同一标高上通入乏气的方案(£=0.27)。

    相对再循环系数r。的较佳结果是在均匀分配乏气、下倾角范围为30~45。时获得的(ro=1.55~1.5)。木屑采用空气干燥、轻木质,堆积比大约为0.17克/厘米3。装入料斗中的木屑细度为R210= 94%和R8so=3%;落下的木屑细度R210' 94%,而不通入乏气时略粗,R210= 85%。

    试验结果证明,本文所研究的炉膛过程的强化方法能推荐用于50~75吨/时煤粉炉开式炉膛的工业试验,其煤粉用热空气输送,生物质燃烧机作前墙布暨。

    关于从形成旋流过程来讲,带后部束腰的半开式炉膛比开式炉膛模型得到了较好的结果。通过束腰的下斜面以600下倾角均匀通入乏气时相对的再循环系数约为2c3],而在开式炉膛最大为1.5左右。

    从充满度来看,上述两种模型的最佳试验结果大致相同(在二种情况下均为8≈O.6)。

    开式炉膛与后部束腰的半开式炉膛相比制造简单得多,而且对于别尔戈罗德锅炉厂成批生产50和75吨/时的锅炉机组来讲不需要进行大的改造。如最新生产的50吨/时锅炉机组,制成燃烧器前墙布置的形式,后墙高于燃烧器Da处均匀通入乏气,下倾角为450和出口速度为45米/秒则应认为是合理的。对这种工业试验性锅炉机组进行试验将能进一步明确本文推荐的炉膛结构及其热力特性,这种炉膛结构对于使别尔戈罗德锅炉厂成批生产锅炉机组的是很有发展前途的,足以降低金属耗量,提高经济性和运行的可靠性。

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点击次数:  更新时间:2017-07-06 20:35:25  【打印此页】  【关闭