内外风量比对回转窑内烟气流场及其温度分布影响的研究

通过研究内外风量比对回转窑内火焰形状、烟气流场及其温度分布的影响,为优化燃烧器的操作参数提供依据.以一四风道煤粉燃烧器及Φ4m×60m的回转窑为对象,应用Fluent软件,建立了k-ε湍流模型,煤粉燃烧模型和辐射换热模型.研究了以煤粉为燃料,内外风量比分别为0.37、0.47、0.6和0.8时,回转窑内火焰形状、烟气流场及温度分布情况.结果表明,内外风量比为0.47时,回转窑内火焰形状成良好的棒槌状,火焰高温区达到2 000K,火焰温度分布符合水泥熟料煅烧的要求.计算给出了最佳条件下,沿窑长方向上的O2、CO、CO2的摩尔浓度分数分布,计算分析了喷煤管出口附近的内回流区和窑壁附近的外回流区,表明了在最佳操作参数条件下窑内流场分布和气体浓度场分布的合理性.

内外二次风量比对逆喷旋流燃烧器特性的影响

逆喷旋流燃烧器是一种同时将逆向射流稳燃技术和旋流稳燃技术耦合的适用于烟煤的低氮燃烧器,具有良好的节能减排效果,但是,目前该燃烧器的稳燃机理研究不深入限制了其进一步推广应用。其中内外二次风量比、逆向一次风率、旋流强度等是影响逆喷旋流燃烧器基本性能的关键因素。为了探究不同内外二次风量比对该燃烧器流场特性和燃烧特性的影响,通过等温模化原理,建立与原14 MW逆喷旋流燃烧器比例为1∶2的燃烧器模型,使用飘带网格方法测量了耦合回流区边界,使用Dantec Multichannel热线风速仪测量了平均速度分布和RMS(Root-Mean-Square)速度分布,根据耦合回流区边界和平均速度计算得出相对回流率,然后在燃用神府东胜烟煤的14MW逆喷旋流燃烧器上使用Testo 340烟气分析仪测量了预燃锥内沿程气体中NOx质量浓度和O_(2)体积分数分布。试验结果表明:随着内外二次风量比增加,耦合回流区的面积增大,长度不变,最大直径从0.67 D增加到0.87 D,相对回流率峰值从0.83增加到1.23,测量截面b的O_(2)体积分数增大,靠近预燃锥壁面附近NO_(x)质量浓度降低;在0.3≤X/D≤0.8的耦合回流区内平均速度较低但是湍动强烈,内外二次风量比2∶5在截面X/D=0.8附近脉动速度峰值达到最大,内外二次风量比10∶23和内外二次风量比10∶28均在截面X/D=0.75附近火焰稳定且强度较高,因此从流场特性和燃烧特性2个角度均表明,耦合回流区内0.3≤X/D≤0.8的区域起到稳定火焰的作用;靠近预燃锥壁面附近形成一个高速低湍流的空气保护层,且该区域O_(2)体积分数均大于7%,有利于防止壁面出现高温腐蚀现象。

预燃室旋流煤粉燃烧器低负荷运行燃烧特性试验研究

预燃室旋流燃烧器的燃烧特性与运行条件和操作参数密切相关,直接影响煤粉燃尽度和污染物排放,一直是工业锅炉系统关注研发的重点。为了探讨预燃室旋流燃烧器在低负荷运行下的燃烧特性及合理操作参数,以14 MW煤粉燃烧试验台架为基础,通过高温热电偶、烟气分析仪和高速摄像机对预燃室内的温度分布、组分体积分数分布及预燃室外的火焰形态进行测量,分析煤粉在预燃室内、外的燃烧过程,同时对其关键操作参数内外二次风量比进行优化。试验结果表明:低负荷运行下预燃室旋流燃烧器可实现煤粉稳定燃烧,同时预燃室内形成中心高温无氧强还原性气氛区域和边壁低温空气层,沿径向出现“风包火、火包粉”的燃烧状态,有利于抑制燃烧初期NO生成和保障燃烧器低负荷长期稳定运行;预燃室外形成稳定性较高的湍流扩散火焰,较长火焰行程及火焰锋面强烈热质交换有利于煤粉后续在炉膛内燃尽,且预燃室出口可避免高温腐蚀;同时在内外二次风量比为1∶2的工况下无氧区域半径最大R=171 mm与其他工况差异较小,而平均温度峰值为1 122℃,强还原性气氛中平均CO体积分数峰值为13.713%,明显优于其他工况,以及火焰行程中火焰长度为4 473 mm优于其他工况,有利于进一步降低NO含量和提高煤粉燃尽率,可作为预燃室旋流燃烧器在46%负荷、过量空气系数1.63,内二次风旋流数1.6运行条件下的最优工况。