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生物質顆粒燃燒機 的穩燃性能
編輯:溫州立超電子科技有限公司   發布時間:2018-07-16

常規生物質顆粒燃燒機的流場及燃燒特點:

所謂‘常規”是指我國在生物質顆粒燃燒機中采用較多的軸向葉片式生物質顆粒燃燒機。這類燃燒器是靠二次風(或二次風與一次風)旋流及出口加裝擴口或擴錐而形成爐內高溫煙氣的反向回流來加熱煤粉氣流并使之著火燃燒的。中心回流區的存在是這類燃燒器的重要特點,它為煤粉的著火提供主要熱量來源。回流區的外邊界是一速度梯度很大的剪切層,剪切層在回流區尾部匯合,使煤粉氣流閉合。

在風粉氣流與回流區之間的剪切層邊界上,風粉氣流與回流區流體之間發生質交換。剛從燃燒器流出的風粉氣流,動能較高,將回流區流體卷吸到其內表面與風粉氣流平行流動;沿風粉氣流流向在剪切層后部區域,風粉氣流的動能明顯降低,卷吸能力減弱,相反,在流動過程中風粉氣流范圍擴張,回流區寬度尺寸逐漸變小,部分風粉氣流因被擠壓而穿過剪切層進入回流區,并折向作反向流動,成為回流流體。回流區流體質量的守衡條件是在火焰根部被風粉氣流卷吸的回流區流體的質量應與剪切層后部由風粉氣流折回至回流區的流體質量處于平衡。在剪切層邊界上,在風粉氣流與回流區之間還進行著固相(煤粉)顆粒的交換。剪切層流體的脈動是風粉氣流與回流流體之間的氣相質交換和固相質交換的動力,但脈動速度較小,是主流速度的百分之幾(比主流速度約小二個數量級),對固相質交換而言,流體脈動只會導致極微細煤粉顆粒的遷移,而且,脈動造成的遷移是隨機的。另一糞固相質交換是隨被卷吸的回流流體帶出回流區和隨被擠壓的風粉氣流進入回流區的氣相交換過程中發生的。在組織旋流燃燒時應著重注意后一類固相的質交換。

在剪切層邊界上還發生熱交換。沿流體的流動方向,在剪切層不同位置將發生方向或大小不同的熱交換過程。在剪切層后部區域,在揮發份充分燃燒并有部

分焦碳也開始燃燒風粉氣流溫度大幅度提高的情況下,熟流方向是由風粉氣流指向回流區的;當風粉氣流中燃燒所產生的熱量不足以大幅度提高其溫度時,熱流方向則仍然是由回流區指向風粉氣流。維持回流區高溫流體溫度的條件是,在火焰根部區域,從回流區傳遞給風粉氣流的熱量應與剪切層尾部區域由風粉氣流傳遞給回流區流體的熱量保持平衡。當后者在數量上不能補償前者時,回流區中流體溫度就要降低,直至發生火焰滅火。在這種情況下,采取僅提高回流量的措施是難以強化燃料燃燒的,因為回流量提高意味著回流區中也有溫度不高的氣流加入,不足以維持回流區的溫度水平。

如果能夠讓風粉氣流中較多的煤粉顆粒,尤其是粗煤粉顆粒進入回流區,對強化燃料的燃燒是有利的:一方面,煤粉在回流區內有較多的停留時間,對粗煤粉燃盡有利;另一方面,煤粉在回流區內燃燒可補充回流流體一部分熱量。

由回流流體(高溫煙氣)指向主流流體(煤粉氣流)的正向徑向速度和由主流流體指向回流流體的負向速度的存在,有利于兩流體之間氣、固兩相的熱質交換。由這兩幅圖還可以看出,煤粉氣流在進入爐內后,直至回流區最寬邊界這段距離上,由于擴錐面的引導,在煤粉氣流中也存在正向的徑向速度。該徑向速度不僅會使氣流向外擴展,還會引導氣流中的煤粉顆粒向外擴散,致使在煤粉氣流進入爐內后,煤粉顆粒沿氣流外緣流動,無形中增加了煤粉顆粒進入回流區的障礙。當旋流二次風加入后,這種現象將更加嚴重。

因此,擴流錐擴口角度的增加,雖然增加了回流區的回流量,但同時也提高了煤粉氣流進入爐內時的正向徑向速度,煤粉顆粒‘趨外”的趨勢更加明顯。煤粉顆粒將更難從煤粉氣流中進入回流區。對于低揮發份煤的著火燃燒這是丙個相互矛盾的因素,這也是加裝擴流錐或增加擴流錐外擴角度無法根本改善低揮發份燃料著火燃燒的另一個原因。

對于低揮發份煤,單純的煤粉濃度和氣流初溫等因素還不足以在離噴口附近即行著火,在此本文提出為穩定煤粉燃燒,可供選擇的有效途徑有:

①增加進入中心回流區的煤粉量,以提高中心回流區的煙氣溫度;

②提高煤粉氣流與高溫煙氣熱質交換的強度。要增加湍流混合換熱強度,光靠煤粉氣流與回流區外邊界的脈動是不夠的,還必須加大煤粉氣流與熱煙氣的摻混強度,例如在射流的內部或側面形成強烈擾動,采用各種辦法在煤粉氣流的內部或外側形成高溫煙氣的回流區,促使高濃度煤粉氣流進入回流區,強化高溫煙氣對煤粉氣流的加熱等。