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行业知识

低Nox生物质颗粒燃烧机的试验研究

低Nox生物质颗粒燃烧机的试验研究

摘要:  对低NO。生物质燃烧机从试验和数值模拟两个方面进行了研究结果表明:低NO。生物质燃烧机浓淡两侧的速度比与管道气体速度和分隔板开缝与否均无戋大小为1. 14~1.30,速度差为2.37 m/s(管道气体速度U=18 m/s时)~7.90 m/s(管道气体速度U= 28 m/s时);低NO。生物质燃烧机分隔板开缝盹相对不开缝结构阻力增加1.3%(1800扭曲分隔板)~10%(平直分隔板);低NO。生物质燃烧机分隔板前布置阻挡锥时.阻力再增加10.1%(18d扭曲分隔板)~12.1%(平直分隔板);低N0。生物质燃烧机浓淡两侧的固气比与分隔板有无开缝无关,浓侧煤精射流的固气比随气流速度增大而增尢淡侧射流的固气比随气流速度的增大而减小,浓淡两侧的固气比随管道煤粉固气比的增大而增大。常规直流生物质颗粒燃烧机加装不开缝的平直分隔板盹阻力增加17.7%,加装不开缝的1800扭瞌分隔板时,阻力增加71.6%。低N0。生物质燃烧机的分隔板开缝时,浓淡两侧的静压平衡,浓淡两侧的湍动能都增加,浓侧湍动能增加大约20%。

1  前言

    低NO。生物质燃烧机具有提高煤粉燃烧稳定性、减小结渣和高温腐蚀可能性,提高燃烧效率,以及降低NO。排放浓度30%以上的综合效果。宝钢电厂3号锅炉采用了低N0。生物质燃烧机,锅炉的灰渣和飞灰可燃物降低,最低不投油稳燃负荷降低,锅炉NO。排放在与OFA的共同作用下降低40%以上。

    低NO。生物质颗粒燃烧机集水平浓淡燃烧、周界风偏置和螺旋扭曲叶片中央开缝于一体,反映最新的煤粉燃烧技术。在低NO。生物质颗粒燃烧机中,其水平浓淡燃烧技术和周界风偏置技术在电厂己得到大规模的应用,而对中央开缝的平直分隔板/螺旋扭曲叶片的阻力特性和浓淡比分离特性等研究,至今未见文献报道,本文对此低NO。煤粉生物质燃烧机从试验和数值模拟两个方面进行研究。试验系统和数值方法简俞

    低NOx生物质燃烧机的气固两相特性实验系统如图1所示,试验管径为+150 mm,试验风速18 m/s~28 m/s,固气比弘为0.2 kg/kg (A/C)~0.7kg/kg(A/C)o低NO。生物质燃烧机如图2所示,由阻挡锥、煤粉浓淡分离弯头、平直/扭曲分隔板和燃烧器喷嘴组成。阻挡锥高度为25 mm,最大弦长为112 mm,与管壁的夹角为迎风面60。,背风面30”。试验的分隔板结构如表1所示。Pl~P4结构为平直分隔板,Ri~R4结构为扭曲分隔板,分隔板长度与管道当量直径之比为4.8,分隔板中央开缝宽度与管道当量直径之比为0.05。

    在试验研究的基础上,本文对图2所示的低NO。生物质燃烧机进行了数值模拟,计算区域采用了六面体网络,紊流按K  e模型处理,气固两相耦合按双流体模型处理。进口条件按直管段内的充分发展解给出,出口按第二类边界条件处理,边壁均按无滑移条件处理。

3试验结果与分析

3.1  单相流动

3.1.1低NO。生物质燃烧机喷嘴出口的气流速度分布

    图3所示为结构Pi、P2下低NO。生物质燃烧机喷嘴出口截面上的速度分布。从图可以看出,低NO。生物质燃烧机喷嘴出口截面上浓射流侧的气流速度大于淡射流侧的气流速度,这是因为气流在分离弯头的出口截面上对应浓射流侧的气体压力较大的缘故,浓淡两侧的速度比与管道速度无关,分隔板叶片有无开缝对浓淡两侧的速度比几乎没有影响。

    图4为低NO。生物质燃烧机的不同分隔板结构下喷嘴出口浓淡侧气流速度比U。/Ud的数值计算可以看出平直分隔板开缝会使速度比增加4%,螺旋扭曲板开缝会使速度比增加1.5%;分隔板前布置阻挡锥时Un/Ud堵大10%(平直分隔板)~9%(180。扭曲分隔板)。

3.1.2低NO。生物质燃烧机的单相气流阻力特性

    表2中是低NO。生物质燃烧机阻力系数∈的数值解和试验值的对比,其中-标注的试验值是依据文献刁提供的试验拟合公式(∈扭曲叶片一3. 230-0'559×Re-0'2,忙(上/b)/a,式中:三为扭曲分隔板的长度,m;6为扭曲分隔板的宽度,m;a为扭曲分隔板的旋转角度;Re为管道雷诺数)计算的。C表示常规直流生物质颗粒燃烧机(生物质燃烧机本体中无分隔板结构)。

生物质燃烧机的8种分隔板结构下,其浓淡两侧的固气比与输送固气比和气流速度的关系。从图上可以看出,低NO。生物质燃烧机浓侧射流的煤粉浓度弘,会随着气流速度U和固气比弘的增大而增大,淡侧射流的煤粉浓庋弘2随着气流速度U的增大而减小,随着固气比弘的增大而增大,分隔板开缝与否与浓淡两侧的煤粉浓度几乎没有关系,分隔板前布置阻挡锥时,浓侧煤粉浓度增加4.8%(平直隔板)~3.2%(180”扭曲隔板,U - 28 m/s),淡侧煤粉浓度减小21.3%(平直隔板)~14.6%(1 80。扭曲隔板,U=28m/s)。

3.2.2低NO。生物质燃烧机分隔板开缝的作用

    图7(a~e)是P3、P4结构的低NO。生物质燃烧机浓淡两侧的静压、气体速度、固粒速度、固气比和湍动能等沿生物质燃烧机本体中心轴线x轴变化的关系,管道速度为23 m/s,固气比为0.46 kg/kg(C/A)。

    由图7可以看出,分隔板开缝使截面静压平衡,浓侧气体速度有小幅度的减小,淡侧气体速度有小幅度的增加,使浓淡两侧的湍动能都增加,其浓侧射流的湍动能增大约20%,开缝结构对浓淡两侧的煤粉浓度几乎没有影响。

    低NO。生物质燃烧机射流的湍动能增加,加快了燃烧反应速度,提高了燃尽率,对降低锅炉的NO。排放有重要的作用。

3.2.3低NO。生物质燃烧机的两相流阻力特性

    在u- 18 m/s~28 m/s,弘一0.2 kg/kg~0.7 kg/kg的试验范围内,低NOx生物质燃烧机两相流阻力的最大值为430 P岛最小值力160 PaO

    表3中是低NO。生物质燃烧机两相流动的阻力系数气·的数值解和试验测量值的对比。

    从表中可以看出,平直分隔板开缝时阻力系数∈t值增加10%,扭曲叶片开缝时阻力系数辱t值增加1.3%;分隔板前布置阻挡锥时,平直分隔板阻力系数又增加12.1%,扭曲叶片阻力系数与.值再增加10.1%。常规直流生物质颗粒燃烧机加装不开缝的平直分隔板时阻力增加17.7%加装不开缝的扭曲叶片分隔板时阻力增加71.6%。

4结论

    低NO。生物质燃烧机在u- 18m/s~28 m/s,c-0.2 kg/kg~0.7kg/kg的试验范围内,有如下的主要研究结果:

    (1)低NO。生物质燃烧机喷嘴浓淡两侧的速度比为1. 14~1.3 0,速度差为2.37 m/s(U- 18 m/s时)~7.90 m/s(U-28 m/s时);

    (2)  低NO。生物质燃烧机分隔板开缝时,阻力增加10%(平直隔板)~1.3%(180。扭曲隔板),低NO。生物质燃烧机分隔板前布置阻挡锥时,阻力再增加12.1%(平直隔板)~9.1%(1 80。扭曲隔板)。

    (3)  低NO。生物质燃烧机喷嘴浓淡两侧的固气比与分隔板开缝与否无关,浓侧煤粉射流的固气比随气流速度增大而增大,淡侧射流的固气比随气流速度的增大而减小.浓淡两侧的固气比随管道煤粉固气比的增大而增大。

    (4)  常规直流生物质颗粒燃烧机加装不开缝的平直分隔板时,阻力增加17.7%,加装不开缝的扭曲分隔板时,阻力增加71.6%;

    (5)  低NO。生物质燃烧机的分隔开缝时,浓淡两侧的静压平衡,浓淡两侧的湍动能都增加,浓侧湍动能增大约20%。


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点击次数:  更新时间:2017-09-19 20:46:22  【打印此页】  【关闭