| 達(dá)冠生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)冷態(tài)；囼(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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生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)冷態(tài)；囼(yàn)研究 摘要：以石嘴山電廠生物質(zhì)燃燒機(jī)為研究對(duì)象，分析其存在的在底灰中含有大量未燃盡黑色塊狀物（約占底灰的10%）這一問題，通過分析石嘴山電廠生物質(zhì)燃燒機(jī)本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)燃環(huán)處存在臺(tái)階結(jié)構(gòu)，在臺(tái)階處易造成煤粉熱解堆積，這是造成可燃物摜失大的原因。因此提出了將原有穩(wěn)燃環(huán)結(jié)構(gòu)改造成穩(wěn)燃齒結(jié)構(gòu)，從而降低煤粉在穩(wěn)燃環(huán)的臺(tái)階處的堆積，加強(qiáng)擾動(dòng)和輸運(yùn)能力，強(qiáng)化著火和燃燒。依據(jù)冷態(tài)相似；脑泶罱夤虄上嗔骼鋺B(tài)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，利用試驗(yàn)臺(tái)分別對(duì)原有生物質(zhì)燃燒機(jī)模型和3種改進(jìn)的燃燒器模型進(jìn)行氣相試驗(yàn)。通過對(duì)原有生物質(zhì)燃燒機(jī)模型和改進(jìn)燃燒器模型的一次風(fēng)氣相態(tài)空氣動(dòng)力場湍動(dòng)度和時(shí)均速度的研究，對(duì)3種改造方案及其原有穩(wěn)燃環(huán)進(jìn)行比較分析，提出了改進(jìn)的最佳方案。 0引 言 旋流煤粉燃燒器在出口附近形成穩(wěn)定的中心回流區(qū)，卷吸下游的高溫?zé)煔，將一次風(fēng)風(fēng)粉混合物迅速加熱著火，調(diào)節(jié)二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的大小可有效地控制中心回流區(qū)的范圍、一次風(fēng)與回流的熱煙氣及二次風(fēng)之間的混合，保證煤粉顆粒具有高的燃盡率！。目前，國產(chǎn)生物質(zhì)燃燒機(jī)可以應(yīng)用在30QVIW以下的鍋爐機(jī)組，從國外引進(jìn)的大型鍋爐機(jī)組旋流燃燒器也只能應(yīng)用在60(MW鍋爐機(jī)組的水平上。本文實(shí)驗(yàn)中改造的生物質(zhì)燃燒機(jī)是我國武漢鍋爐廠為石嘴山電廠30 QVIW鍋爐配套使用的。 生物質(zhì)燃燒機(jī)的基本種類按照產(chǎn)生旋流的結(jié)構(gòu)方式而分蝸殼式、切向葉片式與軸向葉片式3種。旋流燃燒方式的燃燒器射流在噴入爐膛時(shí)依靠射流旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的中心回流來穩(wěn)定燃燒。其特點(diǎn)是單一燃燒器可以組織燃燒。生物質(zhì)燃燒機(jī)穩(wěn)定燃燒的關(guān)鍵是通過氣流的切向旋轉(zhuǎn)在燃燒器出口中心附近形成穩(wěn)定的、合適的軸向回流區(qū)。清華大學(xué)的學(xué)者對(duì)新型旋流煤粉燃燒器出口區(qū)域氣固兩相流場進(jìn)行了PDA實(shí)驗(yàn)研究[2]；李爭起等學(xué)者對(duì)徑向濃淡旋流媒粉燃燒器噴口結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究”1；李爭起等人還利用多普勒兩相流測量技術(shù)對(duì)徑向濃淡旋流煤粉燃燒器出口氣固兩相流場進(jìn)行了研究H1。本文在建立冷態(tài)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上，利用熱線風(fēng)速儀測量了一次風(fēng)流場流動(dòng)情況，通過對(duì)原有模型和改進(jìn)后的模型的測量結(jié)果的比較，提出了最佳的改進(jìn)方案。 1試驗(yàn)條件 1.1石嘴山電廠生物質(zhì)燃燒機(jī)簡介 寧夏石嘴山電廠采用武漢鍋爐廠生產(chǎn)的軸向旋流燃燒器，燃燒器布置成水平4排，每排6臺(tái)，相鄰燃燒器的旋向相反。它采用分級(jí)送風(fēng)技術(shù)，煤粉燃燒所需的空氣，分別從內(nèi)二次風(fēng)道、外二次風(fēng)道和中心風(fēng)管進(jìn)入，使二次風(fēng)在煤粉燃燒過程分級(jí)逐步送入煤粉氣流。燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)道內(nèi)均裝有軸向可動(dòng)旋流葉片，使二次風(fēng)形成旋流氣流，燃燒器一次風(fēng)管由切向蝸殼引入煤粉分配器，煤粉由葉片旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，使煤粉氣流在一次風(fēng)道內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在煤粉分配器出口裝有縱向均流槽。燃燒器采用煤粉濃淡燃燒技術(shù)，在煤粉噴口出口，裝設(shè)4個(gè)帶有半圓形狀的煤粉濃縮器。燃燒器一次風(fēng)出口處設(shè)有火焰穩(wěn)燃器。該穩(wěn)燃器由穩(wěn)燃齒和穩(wěn)燃環(huán)兩部分組成（見圖1）。穩(wěn)燃齒可對(duì)煤粉的分布進(jìn)行合理的調(diào)整，當(dāng)煤粉氣流繞流過穩(wěn)燃齒日寸，在其圓周形成小渦流圈，附在高溫回流區(qū)的根部，在小渦流區(qū)內(nèi)，煤粉極易著火，并將熱量傳給未著火的煤粉，強(qiáng)化煤粉的著火。同時(shí)，大量煤粉顆粒流過穩(wěn)燃齒時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌道將向中心偏車專，形成較高的煤粉濃度，回流區(qū)內(nèi)的湍流度也較高。這種高溫度、高濃度、高湍流同時(shí)存在，形成了局部的煤粉著犬有利條件。在穩(wěn)燃齒外裝有耐熱鋼圓環(huán)（稱為火焰穩(wěn)燃環(huán)）。 石嘴山電廠燃燒器運(yùn)行發(fā)現(xiàn)一些缺陷，主要是存在可燃物損失大，在底灰中含有大量未燃盡黑色塊狀物，大約占底灰的10%。 沿周向封閉的穩(wěn)燃環(huán)結(jié)構(gòu)有其優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)在于在穩(wěn)燃環(huán)前端形成回流區(qū)，有利于煤粉的著火過程。穩(wěn)燃環(huán)結(jié)構(gòu)的技術(shù)弱點(diǎn)在于在穩(wěn)燃環(huán)形成的周向封閉的臺(tái)階迎風(fēng)側(cè)會(huì)發(fā)生煤粉顆粒的堆積。由于一次風(fēng)溫度為750C,二次風(fēng)溫度為321℃，爐膛煤粉燃燒形成的高溫區(qū)域?qū)Ψ(wěn)燃環(huán)的輻射換熱在穩(wěn)燃環(huán)的臺(tái)階處形成局部高溫。堆積的煤粉顆粒在高溫作用下發(fā)生熱解，熱解產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)在煤粉顆粒表面發(fā)生凝結(jié)，形成一種柔軟的、粘性比較大的薄膜。這層薄膜與來自迎風(fēng)側(cè)的煤粉顆粒發(fā)生作用，煤粉顆粒粘接堆積在熱解的煤粉顆粒表面。這樣，經(jīng)過煤粉堆積、熱解、粘接、傳熱等過程的反復(fù)循環(huán)，最后在穩(wěn)燃環(huán)與一次風(fēng)管形成的臺(tái)階處形成了塊狀黑色物質(zhì)。由于電站鍋爐機(jī)組本體在運(yùn)行中存在一定的振動(dòng)，當(dāng)黑色物質(zhì)重量足夠大或者振動(dòng)強(qiáng)度足夠大的時(shí)候，黑色物質(zhì)就會(huì)掉下來，落在爐底撈渣機(jī)中。需要對(duì)軸向生物質(zhì)燃燒機(jī)進(jìn)行必要的改造。 通過分市斤，對(duì)穩(wěn)燃環(huán)進(jìn)行了優(yōu)化和改造使其避免發(fā)生堆積，將其改造成齒犁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)燃環(huán)，有16齒、20齒和24齒3種，3種齒的齒長度均為齒間隙的長度的2倍，在垂直和水平方向齒間隙為齒長度。齒間隙和齒間隔均勻布置，如圖2所示。 1.2；瘜(shí)驗(yàn)臺(tái)舊 冷態(tài)實(shí)驗(yàn)臺(tái)是根據(jù)相似；斫⒌，予以保證的相似條件為： ①幾何相似；在幾何相似條件下，原型和模型比為4:L模型分成兩部分：前置段和測試段，除測試段觀察窗采用玻璃外，其余全部采用鋼制成。下部設(shè)有可移動(dòng)小車。 ②冷態(tài)實(shí)驗(yàn)與熱態(tài)實(shí)驗(yàn)中的流動(dòng)處于第二自然模區(qū)。 ③原型和模型的旋流強(qiáng)度相同 測試流場采用熱線風(fēng)速儀，在試驗(yàn)前要對(duì)測試設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定速度范圍為Im／s～50m／s考慮熱線風(fēng)速儀標(biāo)定速度最小不能低于0．Sm／s 1.3實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 整個(gè)裝置采用微負(fù)壓系統(tǒng)（圖3），通過調(diào)節(jié)除塵器入口蝶閥來控制前置段出口處為微負(fù)壓50Pa一次氣空氣由鼓風(fēng)機(jī)送入，飛灰由給料機(jī)送入，一次風(fēng)流經(jīng)管道、測試段、前置段，經(jīng)過布袋除塵器過濾后乏氣排入大氣，過濾后的飛灰回到給料機(jī)循環(huán)使用，給料機(jī)選用GZV4電磁振動(dòng)給料機(jī)。系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)來克服鼓風(fēng)機(jī)出口到除塵器入口的流動(dòng)阻力，根據(jù)空氣動(dòng)力計(jì)算原理，鼓風(fēng)機(jī)選型為4-91 9型，配3WV電機(jī)。 2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 氣相試驗(yàn)為單相試驗(yàn)，即不考慮固體顆粒的影響，因此試驗(yàn)過程中除塵器、給料機(jī)和引風(fēng)機(jī)都不使用。只需考慮鼓風(fēng)機(jī)供給的風(fēng)速滿足進(jìn)入第二自化區(qū)的要求即可。實(shí)驗(yàn)過程先繪制Eu和Re的關(guān)系曲線，從而找到滿足條件的最小風(fēng)速，然后選取最接近原型的風(fēng)速進(jìn)行試驗(yàn)。 2.1 -次風(fēng)冷態(tài)空氣動(dòng)力場時(shí)均速度特性測量 實(shí)驗(yàn)先通過測量模型進(jìn)出口靜壓壓差和對(duì)應(yīng)的流量繪制了Eu和Re的關(guān)系曲線，根據(jù)曲線得到當(dāng)風(fēng)速為19. 2n瓜Re為74 635時(shí)進(jìn)入第二自模化區(qū)。 試驗(yàn)的具體參數(shù)主要是一次風(fēng)速度，為更接近實(shí)際燃燒器風(fēng)速，試驗(yàn)中維持恒定風(fēng)速25. Im／s利用二維熱膜探針分別測量穩(wěn)燃環(huán)各點(diǎn)及3種穩(wěn)燃鹵的湍流速競二維熱膜探針置于與氣流速度方向垂直的平面內(nèi)對(duì)瞬時(shí)速度絕對(duì)值進(jìn)行測量，采樣頻率為1024 H z采樣時(shí)間為1.024s通過對(duì)時(shí)均速度和湍流雷諾應(yīng)力的測量，對(duì)生物質(zhì)燃燒機(jī)氣流的湍流時(shí)均速度場做進(jìn)一步研究。4種條件下的測量角度采用沿水平方向順時(shí)針方向的標(biāo)注方式。 測量穩(wěn)燃環(huán)時(shí)，對(duì)4個(gè)濃縮器背風(fēng)側(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了測量。在測量穩(wěn)燃齒時(shí)，均測量了一個(gè)象限內(nèi)齒和齒間隙對(duì)應(yīng)角度上沿半徑方向各條線上的數(shù)據(jù)，測量結(jié)果如圖5所示。 2.2 -次風(fēng)冷態(tài)空氣動(dòng)力場湍動(dòng)度特性測量 湍動(dòng)度的測量也采用上述角度， 2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 通過對(duì)原有穩(wěn)燃環(huán)和改進(jìn)的3種穩(wěn)燃齒的空氣動(dòng)力場的測量，可以看出： ①穩(wěn)燃齒下游時(shí)均速度沿徑向的速度分布呈現(xiàn)沿半徑先增大后減少的趨勢(shì)，在有齒的角度上時(shí)均速度最大值較在沒有齒的角度上的時(shí)均速度最大值更靠近中心風(fēng)管。造成這種趨勢(shì)主要是穩(wěn)燃齒的原因，旋轉(zhuǎn)氣流流經(jīng)穩(wěn)燃齒后繞流穩(wěn)燃齒向中心靠攏，而沒有齒的地方向中心靠攏小些。 ②穩(wěn)燃環(huán)下游時(shí)均速度沿徑向的速度分布呈現(xiàn)沿半徑先增大后減少的趨勢(shì)。通過分析4種工況各自的平均時(shí)均速度發(fā)現(xiàn)，24齒工況與原有穩(wěn)燃環(huán)時(shí)均速度最為接近。 ③從湍動(dòng)度方面分析， 16齒的湍流強(qiáng)度降低23%，20齒的湍流強(qiáng)度降低25%，24齒的湍流強(qiáng)度降低17%。 ④功率譜分析與相關(guān)性分析結(jié)果表明：速度二次項(xiàng)的敏感度與熱膜風(fēng)速儀的取樣頻率成芷比。本次實(shí)驗(yàn)才用1 000H z時(shí)均速度和脈動(dòng)速度的測量結(jié)果已經(jīng)足夠精確。 3結(jié) 論 根據(jù)對(duì)石嘴山電廠生物質(zhì)燃燒機(jī)的一次風(fēng)空氣動(dòng)力場的測量，考慮到石嘴山電廠燃燒器運(yùn)行中的缺陷，通過比較原型和改進(jìn)的模型，得到結(jié)論： 從湍動(dòng)度考慮，24齒的湍流強(qiáng)度降低最。 從時(shí)均速度考慮，24齒工況時(shí)均速度最為接近原有穩(wěn)燃環(huán)數(shù)值； 從空氣動(dòng)力場角度，24齒工況整個(gè)圓周空氣動(dòng)力場分布最為均勻。 通過以上分析可以看出，穩(wěn)燃環(huán)結(jié)構(gòu)造成周向現(xiàn)代封閉的臺(tái)階迎風(fēng)側(cè)發(fā)生煤粉顆粒的堆積會(huì)因?yàn)楦某煞(wěn)燃齒而得到解冼在對(duì)3種齒的對(duì)比分析可以看出24齒的效果最佳。建議采用24齒穩(wěn)燃環(huán)。
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