| 集體炊事沼氣生物質(zhì)燃燒機(jī)的試驗(yàn)研究 |
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鄭州達(dá)冠節(jié)能環(huán)保設(shè)備有限公司
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集體炊事沼氣生物質(zhì)燃燒機(jī)的試驗(yàn)研究 沼氣的主要成分是甲烷和二氧化碳。甲烷是一種火焰?zhèn)鞑ニ俣确浅Ｐ〉目扇細(xì)怏w，二氧化碳是隋性氣體，兩者混在一起就使沼氣的火焰?zhèn)鞑ニ僮兏。紵龝r不易穩(wěn)定，常發(fā)生離焰或脫火。這不但浪費(fèi)了大量的沼氣能，而且還污染了環(huán)境。近幾年來，對家用沼氣灶進(jìn)行了大量究研，在燃燒方面得到合理的解決。但是熱負(fù)荷較高的生物質(zhì)燃燒機(jī)（例如沼氣食堂灶燃燒器），當(dāng)沼氣一空氣}昆合氣；藐速度增加時，就容易發(fā)生離焰或脫火，甚至吹熄。通常使用的燃燒器均滿足不了要求。 近年來，在可燃混合物的高速氣流中采喟鈍體來使火焰穩(wěn)定的研究受到了高度重視。人們對鈍體的各種特性進(jìn)行過較多的研究，對鈍體穩(wěn)燃的物理模型和數(shù)學(xué)模型也作了一些探索，但對于沼氣的鈍體穩(wěn)燃器的研究，l:l未見報道。為此，我們研究了鈍體對招氣燃料的穩(wěn)燃作用，以解決沼氣燃燒不穩(wěn)定的問題，從而提高沼氣能的有效利用程度。 二、火焰穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)模型和理論分析 當(dāng)高速的可燃?xì)饬餮剽g體鏡流時，在鈍體的背后將會產(chǎn)生一個反向的壓力梯度，形成一個回流區(qū)。通過鈍體兩向流動的圖解模型(如圖1)可以看幽：回流區(qū)和可燃?xì)庵g韻能量交換造成了火焰穩(wěn)定的條件。在可燃?xì)饬骱突亓鲄^(qū)之間存在著質(zhì)量、動量和能量變換，這種交換發(fā)生在垂直于回流區(qū)的邊界上。在邊界上有一個著火點(diǎn)R，R點(diǎn)后的氣流具有較高的溫度，即火焰溫度Tf，而回流區(qū)溫度Tr低于Tf，因此，在RF線上有熱量交換，火燃將熱量傳遞給回流區(qū)；在R點(diǎn)以前的可燃?xì)饬骶哂休^低的溫度To，Tr>To，因而在回流區(qū)的煙氣沿OR線將熱量傳給可燃?xì)饬。?dāng)這兩部分的熱量相等時，火焰即在R點(diǎn)處穩(wěn)定下來。如果火焰向回流區(qū)傳遞的熱量大于回流區(qū)傳遞給可燃?xì)饬鞯臒崃，則著火點(diǎn)前移，反之后移。 從上述回流區(qū)熱平衡的物理過程分析可知，由于鈍體的存在，給著火提供了一個穩(wěn)定的熱源。 回流區(qū)的幾何尺寸(長寵L和寬度d)可決定它的體積VR，即： VR-FRV．L．d 式中：L-回流區(qū)長度： d-回流區(qū)寬度（即鈍體寬度）： FRV-回流區(qū)形狀因素。 回流煙氣在回流區(qū)內(nèi)平均停留時間tr 為： PrVR tr- ' m 式中：p，一回流煙氣的平均密度； m-質(zhì)交換量。 BoVina(19s9年)研究指出：tr-垤弋等 式中：K-無因次停留時間，且K=104，此值對于鈍體尺寸在較大的范圍內(nèi)均適用； Uo-可燃?xì)怏w的流速。 刪回流區(qū)和可燃?xì)饬髦g通過整個邊界的質(zhì)交換量為： pr旦墜一—墜量墾旦L-U彳 Dl=_ tr 于是我們可得到火焰區(qū)與回流區(qū)的熱交換量（通過RF邊界）為： qfr=￡！KRRv(L - Xi)Uo(CPf Tf-CPr Tr’ 回流區(qū)與可燃?xì)饬鞯臒峤粨Q量（通過OR邊界）為： qro-—旦rFRL X,Uo(CprTr-CpoTo) 當(dāng)可燃?xì)饬髦鹚蟮臒崃砍^回流區(qū)所吸收的熱量，火焰就吹熄。為了維持火焰的穩(wěn)定，在回流區(qū)必有一個熱平衡，即： qro- qfr 最后可得火焰穩(wěn)定的條件為： Xi CPfTf-C PrTr -L5-CPfTf-CP。T。 式中：Tf、T，、To-分別為火焰、回流煙氣、可燃?xì)饬鞯慕^對溫度； CPf、CPr. CPo-分別為火焰、回流煙氣、可燃?xì)饬鞯谋葻幔?br /> Xi-著火距離， 根據(jù)Williams（lg65年）研究指出： \i= U20．錛 式中：WT-反應(yīng)速度 圖l 回流區(qū)和火焰穩(wěn)定性模要 三、生物質(zhì)燃燒機(jī)的結(jié)構(gòu)原理與技術(shù)性能 為了保證沼氣在較高熱負(fù)荷下穩(wěn)定燃燒，在生物質(zhì)燃燒機(jī)頭部裝有鈍體（即蓋板）。蓋板可自由上下調(diào)節(jié)縫隙高度。當(dāng)沼氣中甲烷含量增加，即沼氣熱值上升，則縫隙面積要減小，將縫隙高度下降，以保證火焰穩(wěn)定。反之，將縫隙高度升高。在鈍體下部設(shè)有8個氣流孔，目的是使氣流均勻分配，同時保：證每個孔有足夠的二次空_i。我們對8個孔分別采用(p3. +3.5.巾4不同孔徑進(jìn)行試驗(yàn)，得出頭部能量損失系數(shù)最小、火焰清晰的孔徑為中4。最后選用中4 1i流孔8個。生物質(zhì)燃燒機(jī)頭部和引射器的結(jié){見圖2。燃：燒器的全貌見圖3。 圖3 燒燃器全貌燃燒器分6管、5管、4管、3管四種 規(guī)格，性能見下表 泣：雌t器一定要與傳熱效果抒的磚砌食堂讓_}丌配合，燥。E燃筆器具有較高的熱效3和燃燒效率．燃燒器前沼氣壓力：100-7水柱；一次空氣系數(shù)：65czo；單管燃燒器額定熱負(fù)荷：3000千卡／H單管燃，I!毛器噴咀了L徑：2.6毫米。 四、幾點(diǎn)結(jié)論 1．著火提前。由于鈍體的存在，產(chǎn)生了一個回流區(qū)，給沼氣著火提供了一個穩(wěn)定的熱源，這就使沼氣有可能在短暫的時間內(nèi)及時著火，使著火提前并放出大量的熱量，因而給沼氣的穩(wěn)定燃燒提供了有利條件。 2．提高熱負(fù)荷。沼氣燃燒器熱負(fù)荷的提高意味著沼氣流量的增大，沼氣流量的增大導(dǎo)致燃燒器火孔出口速度的提高，就會引起燃燒火焰的離焰或脫火，甚至吹熄。但是采用了鈍體，有可能大大提高燃燒器的熱負(fù)荷而不發(fā)生火焰吹熄的現(xiàn)象。 3．增大一次空氣系數(shù)。通常使用的沼氣燃燒器，當(dāng)一次空氣系數(shù)大于0.8時，會出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象，如果燃燒器頭部裝有鈍體，有可能增大一次空氣系數(shù)，這樣有利于燃燒火孔熱強(qiáng)度的提高，是解決沼氣高強(qiáng)度燃燒的有效措施之一。 4.減少煙氣中一氧化碳含量。在燃燒器頭部裝有鈍體，沼氣就可在高熱負(fù)荷、高一次空氣系數(shù)下燃燒，燃燒乜必然完全，則煙氣中一氧化碳含量可大幅度下降，減少環(huán)境污染。
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