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新型生物質燃燒機冷態(tài)流場特性和熱態(tài)實驗
摘要：對端面旋流進風結構的新型生物質燃燒機進行了冷態(tài)流場特性和熱態(tài)中試實驗，冷態(tài)實驗結果表明：端面旋流進風結構能獲得對稱、均勻的流場，燃燒器的進、出口結構對燃燒器內壓力場和流場分布影響很大；出口直徑的大小決定中心回流區(qū)域的大小；環(huán)形葉片進口位置的變化對燃燒器內流場的影響集中在燃燒器頭音熱態(tài)實驗表明，當煤粉粒徑小于Q2mm時，燃燒器內溫度可達1600℃，能實現(xiàn)順利排渣，系統(tǒng)運行可靠
  找國是煤炭的生產(chǎn)與消費大國，一次能源生產(chǎn)中，煤炭占7鐋，石油和天然氣較缺乏預計到2010年煤炭在一次能源生產(chǎn)和消費中占6%左右。到2050年，煤炭比重不會低于ScVo：我國政府在《關于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十個五年計劃的說明》中指出：“必須下大力氣調整能源結構，節(jié)約石油消耗，大力發(fā)展?jié)崈裘喝紵寄尽薄?！目前，我國工業(yè)窯爐數(shù)量眾多，大部分以煤為主要燃料，普遍存在熱效率低運行條件差和煙塵排放高等問題基于旋風燃燒技術的液排渣燃燒器能提供含塵量極低的潔凈火焰，因而可對燃油工業(yè)窯爐進行以煤代油改造以及對老式燃煤工業(yè)窯爐進行技術改造，能解決燃油鍋爐的運行成本和燃煤工業(yè)窯爐煙塵排放高等問題。應用前景廣闊。液排渣燃燒器進風方式和出口結構對其流場的分布影響非常大。從而影響燃燒狀況和灰渣的捕集前人研究表明，采用切向或類似進風結構時。燃燒器內流場嚴重畸形[p51為了獲取較對稱的流場，本文在進風方式采取端面旋流進風結構的前提下，通過調整進口葉片直徑和縮口出口直徑兩個主要結構參數(shù)，對該燃燒器進行冷態(tài)流場特性以及熱態(tài)中試實驗研究，同時從回流率分布的角度來分析軸向速度分布對燃燒狀況和灰渣捕集的影響。
1冷態(tài)實驗裝置及測試原理
  實驗裝置如圖1所示。燃燒器模型由有機玻璃制成，燃燒筒內徑D=400mm，長1=600mm，出口直徑為DoUt(D。。．=300mm，200mm，100mm)，進口葉片節(jié)圓直徑為Di。．(D．。t_380mm，300mm，220mm，150mm)實驗時。葉片與燃燒器軸線夾角和二次風流量保持不變。Dout變化時，Di。．=380mm不變：Di。．變化時，Do。．=220mm不變利用五孔探針測量三維速度場原理【61，由五孔探針感受測點壓力信號經(jīng)壓力傳感器、A/D-D／A轉換器放大器、數(shù)據(jù)采集板，通過計算程序處理，將三維速度分解并存入數(shù)據(jù)文件
2冷態(tài)實驗結果及分析
21燃燒筒內壓力場的分布
  由圖23知，在同一工況下。各截面壓力分布有較好的相似性和對稱性，在燃燒器軸線附近存在反軸向壓力梯度的負壓區(qū)，導致中心回流。壓力峰值在壁面附近影響壓力分布的圭要因素是出口直徑f圖2），當出口直徑較小時(DoUt/D=Q25)，燃燒器內壓力迅速增大，軸線附近徑向壓力梯度很大，使得徑向速度值在此處也很大
22速度場的分布
22.1徑向速度的分布
  如圖45所示，徑向壓力梯度決定徑向速度分布，在靠近壁面和軸線處。速度值變化較大氣流徑向混合2002年8月強烈，使顆粒碰撞機會增加，煤粉可燃燒徑向速度值與軸向速度具有相同的數(shù)量級，不可忽略
22.2切向速度的分布
  切向速度分布如圖67所示，進口條件一定時。出口直徑對切向速度影響的主要區(qū)域在出口半徑范圍內，速度峰值位于r等于出口半徑處，但是在靠近壁面處亦存在一峰值在軸線附近切向速度的線性分布。由旋轉流體有核旋渦模型一一旋渦內速度分布服從u=Crf≤r。河解釋出口直徑一定時，不同進口條件下，在近壁面處切向速度值隨D。．減小而減小，這是由于自由射流速度值隨行程的增大逐步衰減的緣故
22.3軸向速度的分布
  軸向速度分布基本上關于軸線對稱，主氣流區(qū)環(huán)室回流區(qū)、出口氣流區(qū)和中心回流區(qū)分布明顯。由圖89可以比較各工況各氣流區(qū)的位置，區(qū)域大小和深度，不同工況下環(huán)室回流均存在。且?guī)缀踟灤┱麄€燃燒室，這是采用軸向旋流進風結構燃燒器與傳統(tǒng)液排渣燃燒器在流場分布上的主要區(qū)別。出口直徑變化對流場的影響集中在軸線和出口附近。隨出口直徑增大。中心回流區(qū)向壁面擴大，出口氣流峰值也向壁面移動；隨進口直徑減小時。流場對稱性比較好，在燃燒器前部，環(huán)室回流區(qū)向軸線移動。區(qū)域變大因此從流場結構來看，進口直徑大小影響燃燒器頭部環(huán)室回流區(qū)的分布，出口直徑影響出口處中心回流區(qū)的大/J、）
23環(huán)室回流率和中心回流率的影響因素
  環(huán)室回流率、中心回流率的大小對燃燒狀況和灰渣的捕集影響很大?；亓髀实拇笮∮苫亓鲄^(qū)的大／J＼回流區(qū)內軸向逮度大小以及回流區(qū)在徑向的位置來決定環(huán)室回流率的增大延長了煤粉顆粒在燃燒器內的飛行時間，因而對燃燒和提高捕渣率均有利，而中心回流率則要分燃燒的兩階段來討論著火階段，燃燒器頭部中心回流率的增大對煤粉著火有利。而穩(wěn)燃后，由于燃燒器中心回流氣流主要由出口的卷吸氣流組成
3熱態(tài)實驗
  熱態(tài)實驗在韶關鑄鍛廠進行陵置如圖14、燃燒器結構選用Di。．／臟0.95．Do。．/D=0.5，一二次風均從端面環(huán)形葉柵引入在燃燒低灰熔點的山西大同混煤（T≤1400℃1，煤粉粒徑小于Q2mm時，可順利排渣，且燃燒器內溫度達1600℃以上
4結論
  11采取端面旋流進風結構的生物質燃燒機能產(chǎn)生均勻對稱的流場，環(huán)室回流在各工況下均存在，且?guī)缀踟灤┱麄€燃燒器，徑向速度值與軸向速度值具有相同的數(shù)量級，不可忽略
  21燃燒器進、出口直徑對燃燒器內壓力琢速度場分布影響很大進口直徑大小決定中心回流區(qū)域的大??；出口直徑減小能增大環(huán)室回流率，有利于灰渣的捕集，但阻力增大進口直徑的減小能使流場更對稱，且能增大燃燒器頭部環(huán)室回流率，育利于灰渣的捕集，但相應中心回流率也增大很快。在穩(wěn)燃后對燃燒不利。

  31熱態(tài)實驗在燃燒粒徑小于0.2mru的低灰熔點煤種時，能順利排渣，燃燒器內溫度可達1600℃。

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