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。

预燃室对逆喷旋流煤粉燃烧器流场特性作用研究

煤粉高效低氮燃烧技术是煤炭高效利用领域持续关注的热点。煤粉燃烧器作为煤粉锅炉的核心设备,研究适合多煤种、宽负荷条件的煤粉燃烧器设计原理及技术至关重要。逆喷射流稳燃机理大都应用在航空发动机和燃气轮机领域,在煤粉燃烧领域应用极少。前人大量研究了预燃室对旋流燃烧器流场特性的影响,但鲜见预燃室对逆喷旋流燃烧器流场影响的相关研究。为了探究预燃室对逆喷旋流煤粉燃烧器流场特性的影响规律,笔者针对一款20 t/h逆喷旋流燃烧器,基于等温模化原理建立冷态燃烧器模型,利用热线风速仪和飘带法进行了流场测试和分析,结果表明:预燃室的存在不改变逆喷旋流煤粉燃烧器回流区环形的形状,但在逆喷旋流煤粉燃烧器内形成一个有利于煤粉着火的轴向速度低和湍流强度大的回流区。在X/D<1.3区域内,由于圆锥形预燃室对气流的挤压作用,预燃室的存在对回流区的面积起到抑制作用;在1.3<X/D<2.3区域内,由于预燃室的导流作用,预燃室的存在对回流区的形成起到促进作用;在X/D>2.3区域内,预燃室对燃烧器内部流场的作用减弱,可忽略不计。在预燃室的作用下,回流区最宽处的直径从0.97D降至0.86D,最大相对回流率位置从截面X/D=1后移到截面X/D=1.6处,相对回流率从1.17减小至0.99。预燃室的存在对二次风区域内的轴向平均速度和湍流度分布规律影响较大。无预燃室工况下,在X/D<0.6区域内,速度和湍流度均出现峰值,在X/D>1.6区域内峰值消失,内外二次风完全混合;有预燃室工况下,在X/D<0.6区域速度沿着径向方向逐渐增大,湍流度沿着径向方向逐渐减小,在X/D>1.6区域,速度和湍流度沿着径向方向分布均匀。预燃室的存在有利于回流区煤粉的稳定燃烧,工程应用中起到煤粉迅速着火以及难燃煤稳定燃烧的作用。另外预燃室壁面气流速度较大,刚性强,避免预燃室壁面超温或结焦现象的发生,延长了煤粉燃烧器无故障运行时间和整体的使用寿命。