1　稳燃技术的成长

煤粉汽锅的稳燃技术应当能够顺应煤种变化和负荷变更,并到达各项燃烧性能指标--炉内合理的温度散布、浓度散布、飞灰可燃物含和对有害成份(NOx,SO2)的控制.近年来,国内外有关研究单元和公司在煤粉燃烧器的稳燃性能方面进行了年夜的研究和运用,如华中理工年夜学早期研究的从钝体燃烧及后来成长的开缝式钝体燃烧器;浙江年夜学研究的浓淡分手型燃烧器;清华年夜学在80年月研究的船型燃烧器,今朝亦从事富集型煤粉燃烧器的研究与运用(浓淡型);美国CE燃烧公司研究的揉合了钝体和浓淡分手两类技术的WR燃烧器;B&W公司研究的二次风双调理旋流燃烧器等.本文重点叙述东南年夜学比来研究和运用的1、二次风复合旋流燃烧器.

2　复合旋流燃烧器的机理

2.1　复合旋流的空气动力特征

旋流式燃烧器工作时,均有供着火燃烧的含粉一次风和供其余燃烧所需的二次风.今朝国产的或引进的旋流式燃烧器的二次风均为旋转气流,而一次风则以直流形式为多,出口处两股同轴的直流和旋流气流相互干扰,二次风旋流强度衰减较快,对于由旋流发生高温回流区的作用也遭到削弱.1、二次风复合旋流属共轴环套复合旋转射流.

在复合旋转射流的作用下,形成壮大的中心回流和外围回流2个回流区,如图1所示.这类共轴环套旋流具有各自的分歧旋流强度,各自的旋转角度、流(流速)是分歧的,二次风的旋流强度可以调理.是以,燃烧器出口的流动形态很是复杂.从图1中可以看出,回流区3提供了着火燃烧的高温源,回流区鸿沟7外缘正是一次风中煤粉的富集区,既有外界充实的二次风氧浓度,又有高煤粉浓度,形成了燃烧物资高速反应的条件.

图1　二重复合旋转射流流动示意图
1-一次风旋流叶片;2-二次风旋流叶片;3-回流区;4-卷吸外界气体;
5-轴向速度散布;6-切向速度散布;7-回流区鸿沟;8-高温、高浓度鸿沟

2.2　燃烧的强化和稳定

炉内煤粉燃烧的稳定和强化在技术上高度统一.煤粉火焰稳定的要害是强化燃烧进程的初始阶段.在汽锅燃用的煤粉粒径状态下,加热速度为104　℃/s,挥发分析出3～4以后,这部门挥发分先作均相着火燃烧,在0.03～0.05s以后气态均相和固态多相着火燃烧同时进行,在0.08s以后,挥发分年夜析出,直到0.15s时,挥发分析出跨越80,固定碳亦完成燃烧反应的60,温度升高达1300～1500℃.有些实验讲明:在燃烧早期阶段0.2s内完成80的煤粉燃烧,而残剩的20煤粉需要4倍的时间才能完成,还有些家凭据年夜实验认为:90的煤粉燃烧只需炉内10的时间,然而残剩10的煤粉的燃尽则需要90的时间来完成［1］.可见,年夜煤粉燃烧是在早期完成的,这就要求我们首先要注重要害的初始阶段的燃烧强化.

对于复合旋流燃烧器,主要应组织好初始的着火燃烧.一次风由原直流形式改变为旋流形式,煤粉气流喷进炉内时生成了一股新的旋转射流,周界高温二次风旋流内缘的扩散面积增加,传输动亦增加,使一次风夹杂物外缘煤粉的加热和燃烧的条件获得充实改善;同时,1、二次风旋流发生的中心回流随着旋流强度的增加而增加,年夜高温*气回流直接加热一次风煤粉流中较细的颗粒.有益于煤粉的着火,这就遵循了初始着火的需要条件:增加回流热和提高对流换热系数.而且1、二次风复合旋流进一步带动了炉内气流的旋转和扰动,气体团和固体颗粒两相之间的脉动度年夜为增加,火焰内部物资的有用行程(非火焰几何行程)和固体颗粒的自身高频旋转次数可增加到原来的几倍,有益于促进煤粉在炉内的燃尽水平.

一次风气粉两相夹杂物在管内发生旋流的同时,固相煤粉的离心力高于气相侧,并向旋流外鸿沟聚集,形成一个伞形的高浓度煤粉区.在燃烧化学反应中,燃烧速度ω和反应物的氧浓度CO2和煤粉浓度Cp成正比

当不异的反应物介入燃烧反应,尤其是燃烧器出口属气固多相燃烧动力反应区,具有较高的氧浓度,提高煤粉浓度的聚集水平介入着火鸿沟区的燃烧,将会提高该区域的燃烧反应速度.旋流一次风发生的煤粉浓淡两相分手是接连性变化的,从工作进程来看,卷吸的高温气流中氧的弥补配给也是恰如其分的.是以,火焰的传布也具有较好的接连性.在高浓度煤粉区,旋流卷吸高温气流也强,火焰传布速度也高

综上所述,复合旋流燃烧器实现了强化燃烧所必需的三年夜要素:高温度、高浓度和强夹杂水平.为低氧燃烧提供了有益条件,对控制SO2,NOx有害物的排放,和下降排*温度起到十分有益的作用.

3　设计和运用

原普通旋流燃烧器一次风(气粉夹杂物)呈直流的特征,其自身不能发生回流热,并削弱二次风发生的回流,煤粉燃烧所需的着火热不足,平直流中的煤粉颗粒脉动度亦不足.是以,对原始设计曾有些说法,认为旋流式燃烧器早期动较年夜,后期动不足,只宜烧*煤(挥发份高的煤),而不宜烧挥发份较低的劣*煤、贫煤和无*煤.正是基于原旋流燃烧器动不足的特点,设计成1、二次风复合旋流,增强了回流着火热、扰动度、火焰合理的布满度,强化整个燃烧进程,使其成为一种高效多功能的新型燃烧器.

旋流式燃烧器一般均有安装油枪的中心管,是以一次风管的通道基本上呈一环形通道,斟酌到尽小的流动阻力,复合旋流燃烧器一次风的旋流叶片宜定型为轴向叶片,叶片的数目应凭据一次风通道的截面变化率、叶片旋流角度、叶片轴向宽度、前后隐瞒度等来肯定,以使通道内流体的无效扰动度小.叶片的流线应斟酌过渡区的流动阻力和磨损,不宜采用直叶片,流线外形采用等角速度改变曲线,为斟酌通道内环管的阻力特征,内环旋流角应小于外环旋流角5°～8°,叶片的旋流角度应凭据分歧的煤种范围与旋流强度相顺应进行设计.在叶片的安装中应斟酌叶片热膨胀的自由度.

谏壁发电厂4#～6#(410t/h)炉采用风扇磨直吹式制粉系统,风扇磨叶轮撞击板的磨损寿命通常是450个工作小时,在叶轮更换周期内,28,100,200,300,400h共5个阶段,进行了技术跟踪测试考核,观察磨煤机叶轮磨损变化和复合旋流燃烧器工作性能相互之间的关系,自投运15个月以来,复合旋流燃烧器始终着火稳定,飞灰可燃物较着下降,燃料顺应性强,晚间低负荷不投助燃油.现场持久考核主要统计数据对好比表1所示.

表1　主要技术参数统计值

名称改造前100负荷改造后100负荷45负荷
炉膛温度/℃153015601520
着火距离/mm>800500～600500～600
飞灰含碳/6～102～42～4
*气含氧/5～6.54～64.5～5.5
排*温度/℃155140128
一次风速/(m*s-1)21.021.7220.50
风扇磨电流/A323231.5

注:①45负荷时投运7#,8#,11#,12#(复合旋流燃烧器)和9#,10#六个下排燃烧器,不投油稳燃,实验时间4.5h(夜间).
②改造前70负荷时,需投助燃油枪.

4　结　论

1)复合旋流燃烧用具有化燃烧的综合条件,提高了汽锅低负荷燃烧的稳定性、煤种变化的顺应性和燃烧效率.

2)复合旋流燃烧器能够采用低氧燃烧,有益于控制有害物(NOx,SO2)的排放.

3)旋流叶片用于煤粉气流中,并在喷嘴出口处遭到炉内高温辐射,应具有较好的耐热耐磨性能,在设计中应予以门斟酌.

作者简介：作者:女,1951年生,讲师.
作者单元：东南年夜学动力工程系,南京210096
参考文献
1　张松寿.工程燃烧学.上海:上海交通年夜学出书社,1987.276～282