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行业知识

改进型HT- NR3生物质燃烧机冷态模化试验研究

改进型HT- NR3生物质燃烧机冷态模化试验研究

    摘要:以国内某锅炉厂制造的HT—N R3低NO,生物质燃烧机为基础,提出了一种改进型的生物质燃烧机。改进型生物质燃烧机和原生物质燃烧机在回流区、扩展角、射流形状等方面的流场特性基本相同,但煤粉浓度分布和防磨特性更好,一次风阻力较小。采用适当的结构可以使改进型生物质燃烧机成为一种外浓内淡型生物质燃烧机具有更低的NO,排放特性。

    陋着国内锅炉机组向大容量、高参数发展,越来越多的电厂采用了前后墙对冲旋流燃烧技术。东方锅炉(集团)股份有限公司制造的许多超临界锅炉机组都采用了BHK公司的H T-N R3型生物质燃烧机,在稳定着火、高效燃烧及低NO。排放方面,表现出了优越的性能。在燃用神华煤的某600 MW超临界锅炉中,在锅炉最大蒸发量(BM -C R)工况下NO。的排放浓度为180 mg/m。,低于400 m∥m。的保证值;在燃用贫煤的某600 MW超临界锅炉中,其BM CR工况下NO。排放浓度为421 ITI~ ffl3[1】。在某1000 MW超超临界锅炉中,根据燃烧调整的预测,在保证锅炉效率大于93.8%的情况下,其NO。排放也将低于300 m∥m3。在可以保持原生物质燃烧机的高效、低NO。燃烧的同时,为更好地适应国内煤质多变的趋势,本文提出了一种改进型生物质燃烧机,并进行了有关流场特性的试验研究,以期待能够提供具有优良燃烧特性,同时又能晟大程度满足电力煤炭市场特点的燃烧技术。

1 Hr-NR3生物质燃烧机及其改进型生物质燃烧机

1.1 HT-NR3生物质燃烧机简介

    HT-NR3生物质燃烧机在结构上分为直流一次风、直流内二次风、旋流外二次风。该生物质燃烧机的核心技术为快速着火,高温燃烧,在火焰内实现NOx的还原。

1.2改进型生物质燃烧机

    原生物质燃烧机结构的煤粉气流通过文丘里管整流,经浓缩器后形成外侧浓、中心淡的浓度场。由于在稳燃环附近有大量的热烟气回流,因此该处温度也较高。如果采用适当的结构,在一次风喷口形成外浓内淡的煤粉浓度场,就可以实现煤粉气流的快速着火,高效燃烧,同时使还原区域扩大,进一步降低NO。。

    为提高在稳燃环附近的煤粉浓度,形成外浓内淡的浓度场,改进型结构采用了增加一级浓缩环的方式。在一次风弯头进口,通过煤粉分隔板,将煤粉气流分隔为上下两部分,避免煤粉由于惯性作用而分布不均,并加剧通道上部的磨损。通过煤粉浓缩环,使一次风沿圆周方向分布均匀;同时煤粉颗粒由于惯性比空气大,在流过煤粉浓缩环后,会向外侧集中,形成外浓内淡的煤粉分布结构。煤粉气流在流经煤粉浓缩器后,煤粉外浓内淡的分布进一步强化。在喷口处,在稳燃环附近产生高温回流区,并通过调节装置控制直流二次风和旋流二次风的风量配比,控制火焰的形状和一、二次风的混合时间。

    改进型结构在实现外浓内淡燃烧的同时,取消了原来的文丘里管结构,极大地改进了原文丘里管、煤粉浓缩器的磨损状况,降低了一次风系统的阻力。

2  试验装置及试验方法

2.1试验台简介

    试验系统见图3。试验系统由风机、试验台本体、测量系统等部分构成,采用正压系统。燃烧器一次风、二次风进风管中装有笛形管风量测量装置,通过调节各风管进口挡板开度,使各风管的进风量达到试验要求。在生物质燃烧机一次风、直流二次风、旋流二次风进风管中还装有风压测量装置,以便研究生物质燃烧机各风道和生物质燃烧机总体阻力等指标。摄像及图像采集系统可以研究各种风的射流形貌和相互作用机理。试验中还采用坐标网架,每个方形网四角上绑有飘带,可以标出回流区的边界和射流扩展角的大小。

    生物质燃烧机模型与原型按照几何相似准则按1:3比例制成。在试验中保持进入自模化区,燃烧器模型和原型的各种风动量比相等。

2.2试验工况

3新结构的实验研究

3.1 -次风的阻力系数

    原结构的文丘里管由于其缩口处速度较高,并且在缩口出口又有浓缩器,故其阻力较大。改进型结构取消了文丘里管,同时增加了浓缩环,但其阻力系数小,并且速度也较低,使改进型结构的阻力较原结构有所降低。试验选取了模拟一次风速为19 rri/s、18.5m/s、17. 73 m/s的几个常用工况,在调风器开度为100%、70%、40%、10%的情况下,共计12个阻力系数求平均值。试验结果表明,改进型结构的阻力系数较原结构约降低15%。

3.2回流区及扩展角

    回流区及扩展角的试验方法仍然采用了常用的飘带试验的方法。大量试验发现,原结构和改进型生物质燃烧机的回流区的位置和大小几乎完全重合,这表明改进型结构对回流区的大小、位置影响不明显,其流场特性也同原结构基本相同。

3.3射流形状

    为了更直观地了解原结构和改进型结构的流场差异,本试验采用示踪一次风的方法。以乙二醇为示踪剂,通过烟雾发生器加热产生烟雾,将烟雾通过预先留下的示踪孔加到一次风的进风管道,采用数码摄像机拍摄动态图像,使用截图软件截取图片。图4为射流形状比较图,图4(a)、4(b)、4(c)分别为薪结构Wi一19 m/s、18.5m/s和17.73 m/s时的图像;图4(d)、4(e)、4(f)分别为原结构对应风速时的射流图像。(a)新r~+ijWj=t9 m/s(h)新结构WL=18.5 m/s∽新结构W1=17.73 m/scI)原结构W1=19 m/s(ej原结构W1=18j n,k(0原结构Wc=17.73 m/s

  在做原结构的图像时先采用了比较大的放大倍数,这是为了更详细地观察出口情况。若选用较大的放大倍数,在处理图片的过程中发现求分维数时的跨断有点偏小,且后面的边界容易超出图片。所以后来选择较小的放大倍数,这就造成两者的可比性降低了。

    比较原结构和改进结构的实验拍摄的录像,示踪一次风的射流形状没有发生明显变化,也就是说改进结构依然保持了原结构的流场特性。图4(a)、4(b)、4(c)为新结构调风器开度为70%时的射流形状;图4(d)、4(e)、4(f)为原结构对应工况的射流形状。从这些图可以看出,新结构的射流形状保持了原来在出口附近形成较粗的一段,且直径都和二次风出口的直径差不多。

3.4分维数图

    随着技术的发展,已有不少学者采用分维数图对流场特性进行了研究。本试验也栗用了分维数图方法对新结构进行了研究【21

    本试验选取一次风速为17. 73 m/s的工况,调风器开度为100%、70%、40%的3个开度。

    (1)射流一开始直向前,到了后半段才开始扩散。这是由于前半段速度比较大,气流形状被维持住。在后半段,经过回流区,速度减小,就容易被旋流二次风卷吸,发生扩散。

    (2)比较3个工况可以看出,旋流强度越大,扩散得越早。这是由于旋流强度增大,回流区增大,使得一次风速度减小较快;并且旋流强度大,对一次风的卷吸较强。所以旋流强度增大,气流扩散得快。

    (3)在出口处有一段直径迅速增大,然后减小的类球性的流场;并且随旋流强度增大而增大。但旋流强度过大就会产生飞边,没有回流区,也就不会形成这类球形的出口段。

    图6为3个工况的分维数图。从图6可以看出,随序号增大,分维数的平均值是增大的,也就说明湍流强度增强,这和边界图上看到的后半段扩散开是相符合的。两条曲线的距离即为方差。由于选取的截图时间为0.2 s,且选择连续的图片,也就是选取某段2.4 s的脉动情况。由于时间太短,瞬间脲动的影响太大,不能很好地反映随时间脉动的情况。

4结语

    (1)改进型生物质燃烧机其一次风阻力小于原结构。

    (2)改进型生物质燃烧机具有更好的防磨性能。

    (3)在本次试验研究的范围内,改进型燃烧器和原生物质燃烧机在回流区、扩展角、射流形状等方面的流场特性基本相同。

    (4)改进型生物质燃烧机形成了外浓内淡的煤粉浓度分布,同本结构类型的生物质燃烧机的流场相匹配,因此改进型生物质燃烧机具有更好的燃烧特性。

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点击次数:  更新时间:2018-06-14 20:31:03  【打印此页】  【关闭