水煤漿燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、水煤漿燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要我國擁有豐富的煤礦資源，研究燃燒效率高的燃燒器不僅能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效率，還能為節(jié)約能源做出貢獻(xiàn)。本為在充分了解水煤漿的特性及目前已有的燃燒器的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出一種新型的葉片型CWS水煤漿旋流燃燒器，與別的燃燒器相比，具有使用壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、啟動速度快等一系列優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：葉片型燃燒器、撞擊式霧化噴嘴、氮硅基陶瓷、二次風(fēng)氣流前言 我國礦物能源以煤為主，大力發(fā)展?jié)嵜杭夹g(shù)，高效清潔地利用煤炭資源，對于促進(jìn)能源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，滿足國民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展需要，具有極其重要的戰(zhàn)略意義。煤炭液化、汽化和漿化成為先進(jìn)工業(yè)國家普遍重視的研究課題。水煤漿則是煤炭液化的最佳成果，也

2、是煤炭潔凈利用最廉價(jià)的實(shí)用技術(shù)。本文以高效清潔地利用煤炭資源為出發(fā)點(diǎn)，通過改進(jìn)已有燃燒器的噴嘴結(jié)構(gòu)、材料的使用等，創(chuàng)新出一種較之以往燃燒器使用壽命更長、燃燒效率更高、啟動速度更快等一系列有點(diǎn)。第一節(jié) 水煤漿1.1水煤漿的概述1.1.1水煤漿的定義水煤漿以煤炭（由70左右的煤炭，30左右的水和少量藥劑混合制備而成的液體）為主要材料，可然部分，以水（3040）為輔材料，載體，助燃、經(jīng)過專用設(shè)備和工藝的研磨、細(xì)化，達(dá)到一定的粒度級配，充分均勻混合，在化學(xué)添加劑（13%）的作用下保證均勻、穩(wěn)定、流動的懸浮液體1。 1.1.2 我國水煤漿的發(fā)展歷程 中國的水煤漿技術(shù)研究始于1982年。1983年1月，“

3、水煤漿制備與燃燒技術(shù)”被列為國家“六五”科技攻關(guān)項(xiàng)目2，同年5月，“大同水煤漿”研制成功，并首次在實(shí)驗(yàn)室試燒成功，1984年8月，在北京造紙一廠20t/h工業(yè)鍋爐代油燃燒成功，同時(shí)建成撫順勝利礦、棗莊八一礦30kt/a簡易制漿生產(chǎn)線?！捌呶濉逼陂g，擴(kuò)大了水煤漿工業(yè)應(yīng)用的試燒規(guī)模和范圍，制漿方面，建成了撫順勝利礦70kt/a和棗莊八一礦50kt/a2個(gè)制漿廠。 隨后在北京造紙一廠60t/h，北京印染廠20t/h燃油工業(yè)鍋爐及軋鋼加熱爐、鍛造加熱爐、隧道窯等工業(yè)窯爐上改燒水煤漿獲得成功，建立了一批示范應(yīng)用點(diǎn)?！鞍宋濉逼陂g，針對大型電站鍋爐燃用水煤漿及與之配套的大型制漿廠建設(shè)，進(jìn)行國家“八五”科技攻

4、關(guān)和工程建設(shè)，建成了北京和兗日2個(gè)250kt/a水煤漿廠，棗莊八一礦250kt/a水煤漿廠1996年底建成，改造了白楊河電廠3號230t/h鍋爐，并于1995年12月進(jìn)行連續(xù)72h試運(yùn)行，燃燒穩(wěn)定 “九五”期間，開發(fā)出了35t/h水煤漿專用鍋爐，完成了白楊河電廠1號鍋爐的改造，成為集水煤漿制漿、燃燒為一體的系統(tǒng)示范基地，進(jìn)行了北京造紙一廠燃燒器改造和廠區(qū)水煤漿系統(tǒng)改造。2001年7月大同匯海30萬t/a的制漿廠一期工程已竣工投產(chǎn)，擬向燕山石化和廣東地區(qū)供漿。目前，勝利油田50萬t/a的制漿廠正在運(yùn)轉(zhuǎn)，大同匯海100萬t/a的制漿廠已經(jīng)擴(kuò)建，廣東南海電廠200萬t/a 的制漿廠正在試運(yùn)行。 1.

5、1.3水煤漿的生產(chǎn)意義 煤漿是一種新型煤基流體潔凈環(huán)保燃料，發(fā)展和應(yīng)用水煤漿既具有實(shí)意義，又具有戰(zhàn)略 意義。1.替代部分燃料油，彌補(bǔ)石油資源的相對不足我國油氣資源相對貧乏，人均石油資源量和人均產(chǎn)油量僅為世界平均水平的18%和21%，石油供需矛盾日益突出3，從行業(yè)看，主要集中在電力系統(tǒng)、石油石化系統(tǒng)、建材 行業(yè)等。水煤漿的應(yīng)用對象主要是發(fā)電鍋爐、熱電聯(lián)供鍋爐、工業(yè)鍋爐、油田的采暖爐、熱 采爐和陶瓷熱風(fēng)爐等。從地區(qū)上看，廣東省燃料油消耗約占全國燃油總量的1/3。水煤漿的 應(yīng)用，不僅給燃油企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)可以節(jié)約外匯、節(jié)省石油資源，對我國 節(jié)約和替代石油資源、優(yōu)化和改善能源結(jié)構(gòu)，將起到積

6、極的作用。 2.代替散煤燃燒，降低污染、改善環(huán)境 目前我國水煤漿應(yīng)用，除代油外還有利于環(huán)保。 我國煤炭約85%用于直接燃燒，煤炭占 終端能源消費(fèi)的33.8%4。能源終端利用效率僅為32%左右，比先進(jìn)國家低10%左右。我國現(xiàn)有 的50萬臺工業(yè)鍋爐中，10t/h的占80%，4t/h的占43%，平均鍋爐運(yùn)行效率為60%65% 。燃煤引起酸雨覆蓋區(qū)已超過國土總面積的30%。將水煤漿用于中小型層燃鍋爐，替代直接燒散煤，既可以取消城市煤場，減少散煤運(yùn)輸 造成的損失和粉塵污染，又可提高燃燒效率10%15%，降低污染物排放。 1.2水煤漿的特點(diǎn)水煤漿是20世紀(jì)70年代興起的煤基液態(tài)燃料，可作為爐窯燃料或合成氣

7、原料，具有燃燒穩(wěn)定、污染排放少等優(yōu)點(diǎn)5。同時(shí)水煤漿是一種燃燒效率較高和低污染的較廉價(jià)的潔凈燃料，可代重油緩解石油短缺的能源安全問題，其主要特點(diǎn)如下。1.2.1環(huán)保特點(diǎn)水煤漿做為清潔燃料，其清潔性主要表現(xiàn)在制漿時(shí)剔除部分有害物質(zhì)和燃料充分等方面。同煤炭直接燃燒相比，具有明顯的環(huán)境效益， 一是水煤漿由于經(jīng)過精加工，其硫、灰分含量低，所以原料較煤炭更加清潔， 二是燃燒方式更為科學(xué)燃燒率高，熱效率高，節(jié)約燃料，減少了污染物質(zhì)的排放，所以燃燒過程符合清潔生產(chǎn)要求； 三是水煤漿密封存放，占地面積少，沒有煤、灰場的二次污染6。1.2.2 經(jīng)濟(jì)特點(diǎn) 價(jià)格相對低廉：水煤漿和混合煤氣發(fā)生爐煤氣的可比價(jià)格相當(dāng)，均遠(yuǎn)

8、低于其他燃料； 制備成本較低：當(dāng)供熱功率較大時(shí)，水煤漿投資費(fèi)用相對較低。同時(shí)人工費(fèi)用在鍋爐臺數(shù)較多時(shí)相對成本也較低7。1.2.3 燃燒特點(diǎn)水煤漿的燃燒過程8一般先通過霧化器將水煤漿霧化成細(xì)小的漿滴，一個(gè)漿滴通常包括若干細(xì)小的煤粉顆粒，進(jìn)入爐膛后，漿滴受熱蒸發(fā)，將煤粉顆粒暴露在爐膛內(nèi)，然后發(fā)生與煤粉爐內(nèi)煤粒類似的燃燒過程，直到燃盡。從總體來看，在霧化器噴口處，水煤漿呈霧炬形燃燒，如圖11所示。 圖11 水煤漿的霧炬形燃燒水煤漿經(jīng)霧化以后高速噴入爐膛，在噴口處形成霧炬。霧炬在高溫?zé)煔鈱α骷拜椛渥饔孟?，迅速升溫，并開始水分蒸發(fā)，其中的煤粉顆粒發(fā)生結(jié)團(tuán)。當(dāng)漿滴溫度升高到300400時(shí)9，其中的揮發(fā)分開

9、始析出并率先著火，形成火焰；此后進(jìn)入強(qiáng)烈燃燒階段，同時(shí)焦炭開始燃燒，直至徹底燃盡。對比煤粉爐內(nèi)煤粉的燃燒，水煤漿燃燒主要有以下特點(diǎn)： 水煤漿著火前需要多余的熱量蒸發(fā)水分，同時(shí)水煤漿霧炬的入口速度相當(dāng)高，是普通煤粉爐一次風(fēng)的近10倍，所以水分蒸發(fā)的很快，但仍存在0.51m的脫火距離。 水分蒸發(fā)會浪費(fèi)部分熱值（34%）,但燃燒特性要優(yōu)于普通煤粉燃燒。其表面積和微孔容積都要比煤粉顆粒大，有利于揮發(fā)分的析出，提高焦炭的燃燒速度。 水煤漿的燃燒火焰穩(wěn)定，但燃燒火焰溫度低；同時(shí)由于水分的存在，使得其火焰溫度平均比煤粉火焰低100200。 水煤漿具有與煤粉一樣的燃盡水平和燃燒效率。即使在較低的火焰溫度下，其

10、燃燒速度也要比煤粉高，其燃燒效率與煤粉燃燒相當(dāng)，對于大型水煤漿鍋爐可以穩(wěn)定達(dá)到99%以上。在影響水煤漿燃燒過程的各個(gè)因素中，影響最大也是其霧化特性和特殊的配風(fēng)要求。霧化效果越好，其漿滴粒徑越小，越容易著火，還能提高燃燒效率。如表11所示，可見霧化器（霧化噴嘴）是水煤漿燃燒中最為重要的設(shè)備。1.3水煤漿的制備 1.3.1水煤漿的質(zhì)量要求 水煤漿是大約70%的煤炭，30%左右的水及少量添加劑調(diào)制而成的漿體。由于它是一種燃料，所以必須具備某些便于燃燒、使用的性質(zhì)。主要有：l 為利于燃燒，水煤漿的含煤濃度要高。通常要求在62%-70%。l 為便于泵送和霧化，粘度要低。通常要求在100S-1剪切率及常溫

11、下，表觀粘度不高于1000-1200mPas。l 為防止在貯、運(yùn)過程中產(chǎn)生沉淀，應(yīng)有良好的穩(wěn)定性。一般要求能靜置存放一個(gè)月不產(chǎn)生不可恢復(fù)的硬沉淀。l 為提高煤炭的燃燒效率，其中煤粒應(yīng)達(dá)到一定的細(xì)度。一般要求粒度上限為300m 的含量不少于75%。1.3.2水煤漿的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法煤種不同，制漿的難易程度有很大的差異10。煤階越低，內(nèi)在水分越高，煤中氧碳比越高，親水官能團(tuán)越多，空隙愈發(fā)達(dá)，可磨性指數(shù)值越小，煤中所含可溶性高價(jià)金屬離子越多，煤的制漿難度就越大。 水煤漿中煤炭顆粒不但要有良好的粒度分布，而且希望其中不同大小的煤粒能夠相互填充，盡可能地減少煤粒間的空隙，達(dá)到較高的堆積效率?？障渡倬涂?/p>

12、以減少水的消耗，容易制成高濃度的水煤漿。水煤漿技術(shù)要求和試驗(yàn)方法項(xiàng) 目技 術(shù) 要 求試驗(yàn)方法 濃度C/%I級：65.0II級：63.065.0III級：60.063.0 GB/T18856.2粘度 (在漿體溫度20，剪切率10OS1時(shí)）/mPa.s1200GB/T18856.4 發(fā)熱量Qnet.cwm/（ MJ/kg） I級：19.00II級：18.0019.00III級：17.0018.00 GB/T 213 灰分Acwm/%I級：6.00II級：6.008.00III級：8.0010.00 GB/T 212硫分St.cw

13、m/%I級：0.35II級：0.350.65III級：0.650.80GB/T 214煤灰熔融性軟化溫度（適合于固態(tài)排渣方式）ST/1250GB/T 219粒度分 布 Pcwm0.3mm/%I級：0.05II級：0.050.20III級：0.200.80 GB/T18856.3 Pd0.075mm/%75.01.3.3制漿工藝與設(shè)備 在給定原煤的粒度特性與可磨性條件下，如何使水煤漿最終產(chǎn)品的粒度分布能達(dá)到較高的“堆積效率”就取決于所選用的磨礦設(shè)備、磨礦設(shè)備運(yùn)行工況及制漿工藝流程。 磨礦是水煤漿制備過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié), 與其他工業(yè)中磨礦不同的是 , 不但要求產(chǎn)品達(dá)到一定的細(xì)度 , 更重要

14、的是產(chǎn)品應(yīng)有較好的粒度分布11。這一點(diǎn)在選擇磨礦設(shè)備、磨機(jī)結(jié)構(gòu)、磨機(jī)運(yùn)行工況及磨礦流程時(shí)都必須充分注意。 磨礦可用干法 , 亦可用濕法。但干法磨礦制漿存在許多缺點(diǎn) , 所以主張采用濕法。原則上各種類型的磨機(jī)都可用于制漿 , 但就濕法磨礦而言 , 主要是球（棒）磨、振動磨與攪拌磨。這3 種磨機(jī)所適應(yīng)的原料粒度與產(chǎn)品細(xì)度各不相同 ,最常用的是球磨。 1.3.4水煤漿的制漿工藝生活中制漿工藝多種多樣，但基本環(huán)節(jié)大多相同12，目前應(yīng)用比較成熟且普遍應(yīng)用的主要制漿技術(shù)有干法制漿和干法，濕法聯(lián)合制漿13。 a.干法制漿 圖 12干法制漿工藝不足之處：1、對一般的干法磨機(jī)，要求入料煤的水分小于5%，洗精煤的

15、水分都比較高，難以滿足該要求。電廠有熱風(fēng)分級和干燥；2、能耗比濕法磨高，在同樣的細(xì)度下，干法磨機(jī)的能耗比濕法磨機(jī)約高30%；3、干法磨礦的安全和環(huán)境不如濕法磨礦；4、粒度分布不如濕法磨，堆積效率較低，干法磨煤顆粒表面氧化較快，影響制漿效果。b.干法、濕法聯(lián)合制漿圖 13 干法、濕法聯(lián)合制漿工藝 該流程是在干法制漿工藝的基礎(chǔ)上，分出一部分干法粉碎的物料再用濕法進(jìn)一步粉碎，其特點(diǎn)是與干法相比，可以獲得更好的粒度分布，即獲得更好的級配。但該流程仍是以干法磨煤為主，干法制漿的不足之處依然存在。1.4水煤漿的應(yīng)用 水煤漿作為一種液體燃料，具有石油一樣的流動性和穩(wěn)定性，可以像油一樣泵送、霧化，儲存和穩(wěn)定燃

16、燒，燃燒效率高達(dá)98%以上，且負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，并具有節(jié)能、污染排放低、儲存運(yùn)輸方便等特點(diǎn)14?？蓮V泛應(yīng)用于工業(yè)鍋爐、電站鍋爐、工業(yè)窯爐等作為燃料代煤，代油、代氣燃燒，其應(yīng)用范圍可涉及賓館、醫(yī)院學(xué)校、工礦企業(yè)、電廠、集中供熱站等需要燃料的各行各業(yè)。1.5水煤漿的儲運(yùn)水煤漿是流態(tài)物質(zhì)，必須用專用設(shè)施儲存。為保證一定時(shí)間內(nèi)的儲存安全，要求水煤漿有足夠的穩(wěn)定性。根據(jù)儲存時(shí)間的不同，要求漿體的穩(wěn)定性也不一樣。1.5.1水煤漿的穩(wěn)定性水煤漿是固液混合物，由于固體密度比水大，不容易保持均質(zhì)狀態(tài)，固體下沉使?jié){體發(fā)生固液分離。通常要求在儲存中不產(chǎn)生難以通過攪拌及其他形式的擾動使水煤漿重新均勻化的“硬沉淀”，這種

17、性能稱為水煤漿的穩(wěn)定性。1.5.2水煤漿儲存裝置水煤漿儲存裝置包括儲漿罐、輸漿泵、管道和閥門等。為了保證儲存期間水煤漿的質(zhì)量，儲漿罐應(yīng)帶有攪拌裝置，并采取防止水分蒸發(fā)和防凍措施。1.5.3水煤漿的運(yùn)輸a.罐車運(yùn)輸： 罐車運(yùn)輸是公路和鐵路的傳統(tǒng)運(yùn)輸方式，與運(yùn)送其他物料的不同之處在于要保存水煤漿的穩(wěn)定性和防止凍結(jié)等。b.船舶運(yùn)輸：由于運(yùn)量大和運(yùn)價(jià)低，水運(yùn)是一種極具競爭的運(yùn)輸方式，因此，許多國家先后開展了船運(yùn)水煤漿的實(shí)驗(yàn)研究，探索水煤漿水運(yùn)的可能性。 c. 管道運(yùn)輸：基于水煤漿的良好的流動性，可采取管道運(yùn)輸。目前，制漿廠內(nèi)部和爐前供漿的制漿生產(chǎn)企業(yè)與鍋爐之間均采用管道輸漿，在水煤漿制漿和燃燒中發(fā)揮了

18、重要作用。第二節(jié) 水煤漿燃燒器燃燒器是鍋爐的主要燃燒設(shè)備，他通過各種形式，將燃料和燃燒所需要的空氣送入爐膛使燃料按照一定的氣流結(jié)構(gòu)迅速、穩(wěn)定的著火，連續(xù)分層次供應(yīng)空氣，使燃料和空氣充分混合，提高燃燒強(qiáng)度的一種設(shè)備。2.1水煤漿燃燒器的常用結(jié)構(gòu) 目前我國的各種水煤漿燃燒器機(jī)構(gòu)比較多，下面我們將我國常用的各種燃燒器結(jié)構(gòu)燃燒方式介紹如下：2.1.1 水煤漿雙通道旋流燃燒器水煤漿雙旋流燃燒器15多用于建成的小型水煤漿工業(yè)鍋爐中,使用的燃燒器結(jié)構(gòu)如圖21 所示。圖21 水煤漿雙通道旋流燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖其主要特點(diǎn)如下：（1）該燃燒器為全鋼結(jié)構(gòu),加工制造要求精度低,價(jià)格便宜。（2）燃燒器中水煤漿噴槍和點(diǎn)火油

19、槍共用同一圓形槍孔,水煤漿著火后點(diǎn)火油槍即可撤離。 （3）在實(shí)際運(yùn)行中,由于水分的蒸發(fā)需要一定的時(shí)間,所以在燃燒器的出口將會看見一段水煤漿霧炬,這段著火距離在300500 mm。 （4） 由于爐膛長度有限,水煤漿霧化顆粒往往還沒有燃盡就會被煙氣帶出爐膛,導(dǎo)致鍋爐的飛灰顏色發(fā)黑,水煤漿的燃燒效率下降。 2.1.2 水煤漿旋風(fēng)燃燒器 據(jù)旋風(fēng)燃燒器要解決的問題及實(shí)現(xiàn)的功能,對旋風(fēng)燃燒器主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)模型如示意圖22 所示。圖22 水煤漿旋風(fēng)燃燒器工作原理:旋風(fēng)燃燒器的設(shè)計(jì)原理16和運(yùn)行程序?yàn)?啟動點(diǎn)火時(shí)，將點(diǎn)油槍伸入點(diǎn)火孔點(diǎn)燃預(yù)熱。油著火后投入水煤漿噴槍，將水煤漿霧化噴入內(nèi)筒。燃燒的霧化顆粒

20、隨切向進(jìn)入的旋風(fēng)做螺旋線向前推進(jìn)，受到離心力的作用，較大的顆粒將被甩向壁面，緩慢向前。另外，在燃燒器外側(cè)布置了旋轉(zhuǎn)的二次風(fēng)口，補(bǔ)充從燃燒器出口噴出火炬充分燃燒所需要的空氣，同時(shí)加強(qiáng)水煤漿燃燒顆粒的切向旋轉(zhuǎn)，更進(jìn)一步提高燃盡率。旋風(fēng)燃燒器特點(diǎn)17：(1) 該燃燒器結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價(jià)格便宜。但是運(yùn)行中存在著很多問題,其中燃燒效率低和爐膛嚴(yán)重結(jié)渣的矛盾表現(xiàn)尤為突出。(2) 旋風(fēng)燃燒器可以從理論上解決這種矛盾,使水煤漿首先在燃燒器內(nèi)部著火,而且有效地延長了大顆粒的燃燒時(shí)間,并且通過模擬試驗(yàn)得到證實(shí)。(3) 旋風(fēng)燃燒器還有待于進(jìn)一步深入的研究,要點(diǎn)為因燃燒器內(nèi)部的高溫而產(chǎn)生的熔融液渣對長期穩(wěn)定運(yùn)行的

21、影響。(4) 啟動速度快、耗油量少,針對揮發(fā)分較低的煤種或者粒度較粗的水煤漿有絕對性的優(yōu)勢。水煤漿旋風(fēng)燃燒器可以用在各種工業(yè)鍋爐、窯爐、加熱爐等不同領(lǐng)域,并將成為中小型水煤漿燃燒器發(fā)展的主要方向。2.1.3 CWS-I 系列燃燒器目前我國大部分工業(yè)窯爐使用的燃燒器是CWS-I系列水煤漿專用燃燒器。該系列燃燒器由配風(fēng)器和噴槍兩部分組成，如圖23所示。23 CWS-I 系列燃燒器示意圖該系列燃燒器在使用過程中，具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較合理、操作簡單、調(diào)節(jié)容易、安裝方便；運(yùn)行參數(shù)設(shè)計(jì)適宜，霧化良好，燃燒穩(wěn)定，熱負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣，燃燒效率高；適應(yīng)的水煤漿種類廣泛，啟動點(diǎn)火容易；氣耗率低；既可燒水煤漿

22、，也可以燒重油，壓縮空氣和蒸汽均可作為霧化介質(zhì)。CWS-I 系列燃燒器的不足。燃燒器壽命較短，當(dāng)噴嘴材料采用普通鋼時(shí)，壽命不足100h;當(dāng)采用硬質(zhì)合金時(shí)，壽命也只有700h左右，和國外先進(jìn)的水煤漿燃燒器相比有較大差距。CWS-I 系列燃燒器火焰張角較小、火焰長度較長。正對這兩個(gè)問題，對原系列燃燒器的噴槍結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，成功研制了CWS 系列燃燒器。2.2.4 CWS系列水煤漿燃燒器在CWS-I系列燃燒器的基礎(chǔ)上18，借鑒了國外應(yīng)用于鍋爐設(shè)備上水煤漿燃燒器的設(shè)計(jì)思想，以提高燃燒器壽命和進(jìn)一步提高霧化質(zhì)量為目標(biāo)，研制開發(fā)了 CWS系列水煤漿專用燃燒器，如圖3, 所示。其工作原理同CWS-I 系列燃

23、燒器。圖24 燃燒器噴槍結(jié)構(gòu)圖CWS系列燃燒器與CWS-I 系列燃燒器相比的改進(jìn)主要體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：由于將壓縮空氣和水煤漿的混合方式改為內(nèi)混的混合方式，為水煤漿的霧化創(chuàng)造了更好的混合條件，霧化質(zhì)量得到了改善，提高了燃燒效率。原燃燒器由于噴槍噴頭的嚴(yán)重沖蝕磨損，影響了燃燒器的整體壽命。新的燃燒器設(shè)計(jì)了霧化室，避免了沖蝕磨損。由于將壓縮空氣和水煤漿的混合方式改為內(nèi)混的混合方式，為水煤漿的霧化創(chuàng)造了更好的混合條件，霧化質(zhì)量得到了改善，提高了燃燒效率。在混合介質(zhì)出口端合理布置了出口，使霧化矩的張角增大、射程減小，從而使燃燒火焰張角增大、火焰長度縮短，使燃燒效率得到進(jìn)一步提高。壓縮空氣和水煤漿混合后

24、其出口端蓋的材料性能決定了水煤漿燃燒器的整體壽命。當(dāng)選用高硬度材料后，其壽命大于1500h。由于霧化片更換方便，從而簡化了操作。2.2燃燒器的分類燃燒器的分類的種類比較多，其主要的分類方式有旋流燃燒器和直流燃燒器。2.2.1旋流式燃燒器旋流式燃燒器是其出口氣流是旋轉(zhuǎn)射流。氣流旋轉(zhuǎn)的情況有兩種,一種是一次風(fēng)粉氣和二次風(fēng)都旋轉(zhuǎn),一種是二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)而一次風(fēng)為直流。按氣流旋轉(zhuǎn)的旋流部件分,有蝸殼型旋流燃燒器和葉片型旋流燃燒器兩類。蝸殼型旋流燃燒器又可以分為雙蝸殼型旋流燃燒器和單蝸殼型旋流燃燒器兩種，下面我們就常用的旋流燃燒器進(jìn)行分類19，并進(jìn)行概述如下：a.單蝸殼型旋流燃燒器 單蝸殼型旋流燃燒器的一次風(fēng)

25、為直流,二次風(fēng)氣流利用蝸殼產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)后沿環(huán)狀通道進(jìn)入燃燒室。一次風(fēng)由中心風(fēng)管進(jìn)入燃燒室,在一次風(fēng)出口處裝有一個(gè)蘑菇形擴(kuò)散錐,擴(kuò)散錐后產(chǎn)生的回流區(qū)有助于煤粉氣流的著火。擴(kuò)散錐可通過手輪和拉桿前后移動,從而改變一次風(fēng)粉氣流的擴(kuò)散角度,但擴(kuò)散錐處于高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū),容易結(jié)渣或燒壞。 b.雙蝸殼型旋流燃燒器 雙蝸殼型旋流燃燒器20的一二次風(fēng)均利用在蝸殼中的流動而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),兩股射流的旋轉(zhuǎn)方向相同。大蝸殼中是二次風(fēng),小蝸殼中是一次風(fēng)。二次風(fēng)進(jìn)口處裝有舌形擋板,用來調(diào)整二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度。由于一二次風(fēng)都是旋轉(zhuǎn)氣流,因此在進(jìn)入燃燒室后就擴(kuò)散成為空心錐環(huán)狀氣流。在氣流的卷吸作用下,空心錐的內(nèi)外表面部會受到高溫?zé)煔獾募?/p>

26、熱。這種燃燒器旋流強(qiáng)度的調(diào)節(jié)幅度小,當(dāng)煤種變化時(shí)可能會因火焰位置不好調(diào)整而容易結(jié)渣。另外,一二次風(fēng)的阻力大,煤粉在一次風(fēng)氣流中的分布不均勻,也是這種燃燒器的不足之處。圖25雙殼型旋流燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖 c.葉片型旋流燃燒器 葉片型旋流燃燒器，它的一次風(fēng)為直流,二次風(fēng)是旋轉(zhuǎn)。這種燃燒器的中心有一根中心風(fēng)管,中心風(fēng)管外是一次風(fēng)的環(huán)形通道,中心風(fēng)管內(nèi)可以設(shè)置油噴嘴。二次風(fēng)通道是一個(gè)環(huán)錐形的套筒,二次風(fēng)葉輪是環(huán)錐形的,葉輪裝在套筒內(nèi)。用葉輪上的拉桿軸向移動葉輪,就可改變?nèi)~輪與環(huán)錐形通道之間的徑向間隙。由于流經(jīng)環(huán)狀通道徑向間隙的氣流是不旋轉(zhuǎn)的直流氣流,因此調(diào)節(jié)葉輪的位置便可改變旋轉(zhuǎn)氣流與直流氣流的比例,從

27、而達(dá)到調(diào)整二次風(fēng)氣流旋流強(qiáng)度的目的。一次風(fēng)雖為直流,但可以在一次風(fēng)殼上裝設(shè)舌形擋板調(diào)節(jié),使一次風(fēng)出口氣流有一定的擴(kuò)展。 圖26 葉片型旋流燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖2.2.2直流式燃燒器 直流式燃燒器的出口氣流是直流射流,它的特征是擴(kuò)散角小、射程遠(yuǎn),僅就單股射流來說,它較旋流式燃燒器的周圍卷吸作用小而且沒有中心回流,這對著火不利。但是直流式燃燒器采用的是四角布置、切圓燃燒方式,爐內(nèi)的氣流流動由四角燃燒器的四股射流共同形成,總體上組成一個(gè)旋轉(zhuǎn)氣流。燃燒器射出的煤粉氣流經(jīng)過燃燒室中部區(qū)域變成強(qiáng)烈燃燒的高溫?zé)煔?一部分直接補(bǔ)充到相鄰燃燒器射流的根部,使相鄰燃燒器的升溫引燃。射流本身的卷吸和鄰角的相互點(diǎn)燃特點(diǎn),

28、使直流式燃燒器四角布置、切圓燃燒方式具有良好的著火性能。2.3 水煤漿燃燒器的優(yōu)勢水煤漿燃燒器的優(yōu)勢21主要集中表現(xiàn)在，適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)成熟、節(jié)能、環(huán)保、安全、高效、占地面積小等方面。2.3.1 適應(yīng)性優(yōu)勢a.適應(yīng)改造范圍廣：燃燒方式為噴燃，適應(yīng)原燃油燃?xì)獾慕^大多數(shù)的鍋爐改造，且燃燒技術(shù)容易掌握；b. 可以治廢：可以利用造紙、化工等產(chǎn)生的廢液進(jìn)行水煤漿制備，既解決污水排放，又降低了生產(chǎn)成本。洗選煤泥也可以用來制漿，解決了煤泥出路；c.價(jià)格易接受：水煤漿價(jià)格易接受，改造費(fèi)用不高，可利用部件多2.3.2 技術(shù)優(yōu)勢a.制備工藝簡單：制備采用溢流式長徑比球磨機(jī)一段濕法磨礦工藝，具有設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)性好、利

29、用率高等優(yōu)點(diǎn)；b.制備工藝形勢多樣：可與選煤工藝相結(jié)合，節(jié)省投資；c. 可以使用噴霧燃燒：由于其流動性能，可以采用與燃油系統(tǒng)一樣的噴霧燃燒，但煤漿系統(tǒng)不需要蒸汽加熱，所以燃燒器體積小，結(jié)構(gòu)簡單。其火焰容易控制，溫度調(diào)節(jié)方便，燃燒效率高。2.3.3 水煤漿燃燒器的其他優(yōu)勢a.安全效益：水煤漿運(yùn)輸，儲存和泵送的過程基本是在常溫下全密封狀態(tài)下進(jìn)行，因其含有30%左右水分為非易燃燒體，相對于燃油和煤粉的易燃，易爆性來說，其使用過程中的安全性得到了很大的提高。 b.效率效益：由于不設(shè)置儲煤、上煤、制粉系統(tǒng)，可使電廠在運(yùn)行，檢修方面節(jié)省工作量，減少人力和資金的投入。同時(shí)水煤漿在御儲、供方面簡單、安全、可靠

30、、易于管理。因此，可節(jié)省很多人力物力，提高生產(chǎn)效率。c.場地效益：水煤漿燃用一般灰份7%以下，灰場占地小，相當(dāng)容量場地的灰場容量僅為其他場地的25%左右。 2.4. 燃燒器結(jié)構(gòu)的選擇 燃燒器的類型種類較多，有單蝸殼型旋流燃燒器、雙蝸殼型旋流燃燒器、直流式燃燒器、葉片型旋流燃燒器等。其優(yōu)缺各異22。 2.4.1燃燒器殼型的選擇a.單蝸殼型旋流燃燒器擴(kuò)散錐后產(chǎn)生的回流區(qū)有助于煤粉氣流的著火，但擴(kuò)散錐處于高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū),容易結(jié)渣或燒壞。b.雙蝸殼型旋流燃燒器旋流強(qiáng)度的調(diào)節(jié)幅度小,當(dāng)煤種變化時(shí)可能會因火焰位置不好調(diào)整而容易結(jié)渣。另外,一二次風(fēng)的阻力大,煤粉在一次風(fēng)氣流中的分布不均勻。c.直流式燃燒器的

31、出口氣流是直流射流,它的特征是擴(kuò)散角小、射程遠(yuǎn),僅就單股射流來說,它較旋流式燃燒器的周圍卷吸作用小而且沒有中心回流,這對著火不利。d.葉片型旋流燃燒器可改變?nèi)~輪與環(huán)錐形通道之間的徑向間隙。流經(jīng)環(huán)狀通道徑向間隙的氣流是不旋轉(zhuǎn)的直流氣流,因此調(diào)節(jié)葉輪的位置便可改變旋轉(zhuǎn)氣流與直流氣流的比例,從而達(dá)到調(diào)整二次風(fēng)氣流旋流強(qiáng)度的目的。一次風(fēng)雖為直流,但可以在一次風(fēng)殼上裝設(shè)舌形擋板調(diào)節(jié),使一次風(fēng)出口氣流有一定的擴(kuò)展。 由上述各類燃燒器的優(yōu)缺對比可知，葉片型旋流燃燒器23是這幾類燃燒其中最好的一類燃燒器。 2.4.2 旋流燃燒器類型選擇a.雙通道旋流燃燒器純在缺點(diǎn)：1.氣動流場不夠合理，沿程阻力使旋流強(qiáng)度產(chǎn)&

32、#160;生無益損失；2.氣流出口流場不均勻系數(shù)極大；3.供風(fēng)不夠合理，后期供風(fēng)不足會產(chǎn)生黑煙；4.調(diào)節(jié)特性欠佳，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)卡死，火焰尺寸不 可調(diào)節(jié)等缺陷。b.旋風(fēng)燃燒器純在的難點(diǎn)：1.水煤漿沿壁面燃燒的過程中，由于高溫而產(chǎn)生液態(tài)的渣，如何使這些液態(tài)渣順利排出而不影響整個(gè)燃燒器的運(yùn)行是一個(gè)重要的問題，2.旋風(fēng)燃燒器內(nèi)部在啟動和停運(yùn)的相互切換中，必定會在壁面殘留熔融的灰渣或者焦炭，如何保持燃燒器內(nèi)壁原始結(jié)構(gòu)是其中一個(gè)問題。3.當(dāng)水煤漿質(zhì)量、霧化效果、鍋爐負(fù)荷等因素發(fā)生變化時(shí)，將直接影響燃燒器內(nèi)的燃燒工況。c. CWS-I旋流燃燒器純在的缺點(diǎn)：1.燃燒器壽命較短，當(dāng)噴頭材料采用普碳鋼時(shí)，壽

33、命不足100h；當(dāng)采用硬質(zhì)合金時(shí)，壽命也只有700h 左右，和國外先進(jìn)的水煤漿燃燒器相比有較大差距。2.CWS-I系列燃燒器火焰張角較小、火焰長度較長。針對這兩個(gè)主要問題，對原系列燃燒器的噴槍結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，成功研制了CWS旋流水煤漿專用燃燒器。從上述第二節(jié)的旋流燃燒器的分類中可知CWS系列燃燒器24存在各種燃燒器的優(yōu)點(diǎn)，其集合了各類燃燒器的優(yōu)點(diǎn)和彌補(bǔ)了各類燃燒器的缺點(diǎn)，從而研制CWS旋流燃燒器。外加在殼型的選擇中，其葉片型是各類燃燒器殼型中優(yōu)點(diǎn)突出，同時(shí)更多克服各類殼型缺點(diǎn)的燃燒器。因此，研制葉片型CWS系列水煤漿旋流燃燒器是一重要的課題，本課件設(shè)計(jì)主要集中在葉片型CWS水煤漿旋流燃燒器的設(shè)

34、計(jì)上。 第三節(jié) 水煤漿燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 葉片型CWS旋流燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水煤漿在燃燒或氣化前，必須進(jìn)行霧化，因?yàn)殪F化后，霧化的顆粒較小， 其比表面較大，有利于提高燃燒和氣化時(shí)熱和質(zhì)的交換速率，同時(shí)還可增進(jìn)燃燒和氣化過程的穩(wěn)定性。但由于其自身霧化出現(xiàn)的問題：水煤漿是高濃度的顆粒懸浮體 在噴嘴中容易發(fā)生堵塞和磨損；水煤漿是非牛頓流體，其流變學(xué)特性多種多樣，并且均具有很高的表面粘性，增加了霧化難度。鑒于此，具有高霧化質(zhì)量的水煤漿噴嘴則是人們研究的熱點(diǎn)。下面我們將燃燒器的設(shè)計(jì)集中在結(jié)構(gòu)和噴嘴上。3.1.1 CWS水煤漿旋流燃燒器的調(diào)風(fēng)裝置 燃燒器的調(diào)風(fēng)裝置能保證燃燒器正常工作，獲得預(yù)定的火焰特性，

35、運(yùn)行時(shí)需經(jīng)常調(diào)節(jié)25。在裝置的機(jī)構(gòu)中有兩種類型：一種在一次空氣吸入口外面安裝調(diào)風(fēng)板， 通過轉(zhuǎn)動調(diào)風(fēng)板來改變一次空氣吸入口的有效流通截面，從而調(diào)節(jié)一次空氣的吸入量。另外一種是在引射器混合管內(nèi)安裝調(diào)節(jié)螺絲或彎曲鋼條 ，借助螺絲或鋼條的上下運(yùn)動來改變?nèi)細(xì)馍淞鞯哪芰繐p失，從而調(diào)節(jié)一次空氣吸入量。其結(jié)構(gòu)形式如下圖所示。 為保證燃燒器正常工作，獲得預(yù)定的火焰特性，運(yùn)行時(shí)需經(jīng)常調(diào)節(jié)這一原則。我們選用通過調(diào)節(jié)螺絲的方法來設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)裝置。3.1.2 旋流霧化燃燒器的引射器燃燒器的機(jī)構(gòu)形式如下圖所示。其工作原理是燃?xì)庠谝欢▔毫ο乱砸欢魉購膰娮?噴出，進(jìn)入吸氣收縮管2，燃?xì)饪孔陨韯恿總鬟f來吸入一次空氣；在混合管3內(nèi)

36、和一次空氣的流速、成分充分混合均勻，然后，經(jīng)擴(kuò)壓管4進(jìn)一步勻速后，經(jīng)燃燒器頭部火孔流出燃燒。引射器的形式26有下列三種，其中1型最佳，能量損失最小，但引射器 最長，2型和3型阻力較大，但長度較短。當(dāng)噴嘴前燃?xì)鈮毫^高，允許有較大能量損失時(shí)，可采用。在撞擊型霧化器中我們選用2型引射器。3.1.3 旋流霧化燃燒器的頭部 撞擊型霧化器的頭部27設(shè)計(jì)成如下形式，其作用可將燃?xì)饪諝饣旌衔锞鶆虻胤植嫉礁骰鹂咨?，并運(yùn)行穩(wěn)定、燃燒完全。其設(shè)計(jì)是頭部各點(diǎn)混合氣體 圖34 旋流霧化燃燒器頭部示意圖的壓力相等，二次空氣能均勻地暢通到每個(gè)火孔上，容積設(shè)計(jì)不大，可避免滅火噪聲過大。3.2 噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.2.1 噴

37、嘴的常用結(jié)構(gòu)形式水煤漿霧化噴嘴是燃燒器的重要部分28。它是從油噴嘴、油煤漿噴嘴技術(shù)上發(fā)展和變化來的。為了使水煤漿燃料能有效地燃燒，關(guān)鍵是燃料霧化良好。根據(jù)燃料的性質(zhì)以及霧化質(zhì)量的要求不同，所采用的噴嘴形式不同，下面我們列出在實(shí)際應(yīng)用中使用較多的幾種機(jī)構(gòu)形式的噴嘴。1.Y型噴嘴 Y型噴嘴是目前應(yīng)用最廣泛的一種水煤漿噴嘴，它因?yàn)樗簼{和霧化氣成Y形相交而得名。水煤漿沿斜孔進(jìn)入噴嘴的混合室，霧化氣沿直線進(jìn)入混合室，從斜孔進(jìn)來的水煤漿，一部分水煤漿在氣流的沖擊下形成霧滴，另一部分水煤漿被氣流沖向壁面，形成流動的薄膜并產(chǎn)生表面波，形成初次霧化；同時(shí)水煤漿被加速名氣膜變薄，離開噴嘴后因?yàn)槭ケ诿娴闹味?/p>

38、成不穩(wěn)定波動，最后全部霧化。 Y 型噴嘴一般設(shè)計(jì)成中心進(jìn)氣，側(cè)孔入漿的形式。因?yàn)殪F化氣的動量比水煤漿的動量要大得多，氣流走直道有利于減少流動阻力，也可以減輕薄壁面的磨損。如果氣流從側(cè)孔通入則高速氣流沖擊壁面，會加劇噴嘴的磨損。 Y型噴嘴的特點(diǎn)是出力大、霧化效果好，氣耗低等，而且為提高霧化質(zhì)量可設(shè)計(jì)成多級Y型噴嘴，但加工起來比較復(fù)雜。 2. T型噴嘴T型噴嘴實(shí)際上是Y型噴嘴的一種演變形式，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是霧化氣于水煤漿垂直或接近垂直，這樣霧化氣能夠最大限度地與水煤漿進(jìn)行動量交換，使霧化氣動量得以充分利用。這種噴嘴的特點(diǎn)是：a. 噴嘴磨損小。霧化氣與水煤漿在噴嘴出口處相交，減少了煤粒對噴嘴內(nèi)部的磨損。

39、b. 霧化效果易調(diào)整，霧化質(zhì)量高。通過改變水煤漿與霧化氣出口縫隙寬度可以調(diào)整水煤漿的霧化質(zhì)量，并且還能起到調(diào)整噴嘴霧化角的作用。但是鈍體受到水煤漿的高速沖蝕，因此磨損嚴(yán)重。為了減少磨損提高噴嘴的使用壽命，鈍體材料一般采用耐磨性能好的硬質(zhì)合金。3.撞擊式多級霧化噴嘴撞擊式多級霧化噴嘴29主要由內(nèi)件、T形噴口、撞擊件和霧化頭的組成。水煤漿從中心漿孔進(jìn)入混合室，經(jīng)一級或多級對稱Y形結(jié)構(gòu)的霧化氣沖擊霧化后，在臨近出口處遇上一級霧化氣的沖擊，然后氣漿正沖前方的撞擊件，產(chǎn)生撞擊霧化，最后從噴嘴霧化頭上的出孔噴出。該噴嘴的優(yōu)點(diǎn)是：a.霧化效果好，燃燒效率高。該噴嘴采用了多級強(qiáng)化霧化措施，大大提高了水煤漿的霧

40、化質(zhì)量，燃燒效率高。b.防堵性能好。該噴嘴的水煤漿通道直徑較大且呈直線型，從而避免了粗粒子和雜質(zhì)在漿道中的積留，杜絕了堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。c.噴嘴使用壽命長。該噴嘴采取了霧化氣孔對稱分布、易磨部位鑲嵌耐磨材料等放佛措施，大大提高了噴嘴的使用壽命。d.噴嘴的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍交寬、氣耗力低。4.對沖型噴嘴對沖型噴嘴一般形式噴出并收到多股對稱分布的霧化氣得沖擊而霧化。為了提高水煤漿霧化質(zhì)量，降低霧化顆粒平均直徑，可采用多級對稱式噴嘴。這種貼噴嘴的優(yōu)點(diǎn)是：a.物化性能好。通過采用多股霧化氣，增加了霧化氣對煤漿的沖擊，使霧化充分。b.防堵性能好。由于水煤漿管路比較短，一般不會發(fā)生噴嘴賭賽現(xiàn)象。但這種結(jié)構(gòu)噴嘴的氣

41、耗率通常比較高。隨著水煤漿應(yīng)用廣泛的擴(kuò)大，實(shí)際生產(chǎn)中對噴嘴規(guī)格的系列化、噴嘴制作的簡單化以及噴嘴長壽等方面提出了更高的要求。因此，以實(shí)際需要為目的，以現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)形式為基礎(chǔ)，開發(fā)出長壽的，結(jié)構(gòu)多元化的，容量系列化的水煤漿噴嘴是今后科研者們努力的方向。3.2.2 噴嘴的選用原則燒嘴的設(shè)計(jì)原則是合理控制空氣和燃料氣的混合速度，即控制噴嘴火焰的角度、長度和速度。不能讓空氣和燃料氣混合得太快，噴嘴火焰過短，這樣容易形成局部高溫；但也不能混合得太慢，即噴嘴火焰過長。為了保證燃料在低氧氣氛中燃燒，必須在設(shè)計(jì)其供給通道時(shí)，考慮燃料和空氣在空間的擴(kuò)散、混合和射流的角度及深度。而這些參數(shù)應(yīng)根據(jù)加熱功率、輻射管尺寸

42、、加熱工藝要求、燃料種類、預(yù)熱溫度和燃料氣壓力等因素來確定。關(guān)于燒嘴噴頭的關(guān)鍵幾何尺寸需要參考噴嘴技術(shù)手冊等相關(guān)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。3.3撞擊式多級霧化噴嘴 撞擊型霧化器由后至前依次布置“Y”型、“T”型和撞擊型霧化器，并相應(yīng)布置有大、小兩個(gè)混合室，以提供氣漿充分混合的場所，屬于內(nèi)混式多級霧化型30。圖 1 為撞擊式多級霧化噴嘴機(jī)構(gòu)示意圖。 3.3.1 撞擊式水煤漿霧化器噴嘴在水煤漿燃燒技術(shù)中，霧化噴嘴是最關(guān)鍵技術(shù)之一，其性能的好壞直接影響水煤漿能否順利著火和燃燒效率的高低，因此研發(fā)性能良好的水煤漿噴嘴是研究水煤漿燃燒必須解決的問題。目前世界上常用的水煤漿噴嘴有固定噴嘴和可調(diào)噴嘴31。結(jié)構(gòu)形式

43、如下： 圖35 常用噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖在上述兩種常用噴嘴中，可調(diào)噴嘴：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，阻力較大，引射空氣的性能較差，但能適應(yīng)燃?xì)庑再|(zhì)的變化。固定噴嘴：結(jié)構(gòu)簡單、阻力較小，引射空氣性能較好。為高效地利用噴嘴結(jié)構(gòu)，可選擇撞擊型霧化器結(jié)構(gòu)為固定噴嘴。 3.3.2噴嘴孔徑與熱負(fù)荷的關(guān)系噴嘴孔徑與熱負(fù)荷的關(guān)系當(dāng)前主要集中在天然氣噴嘴孔徑與熱負(fù)荷關(guān)系和液化石油氣噴嘴孔徑與熱負(fù)荷的關(guān)系32，其關(guān)系見下（表22）和（表23）。表22 天然氣噴嘴孔徑與熱負(fù)荷關(guān)表23 液化石油氣噴嘴孔徑與熱負(fù)荷的關(guān)系3.3.3 水煤漿燃燒器噴嘴材料的選擇水煤漿不同于一般的液體燃料，它濃度高，霧化困難，而且煤粉中的黃鐵礦，石英等許多高硬度雜

44、質(zhì)的存在會對噴嘴渣造成嚴(yán)重的沖蝕磨損。另外，水煤漿噴嘴的工作環(huán)境具有特殊性，如在溫度較高（最高溫度可達(dá)1000C以上）和水煤漿的連續(xù)沖擊情況下，噴嘴會受到嚴(yán)重的影響，這種惡劣的工作環(huán)境對水煤漿噴嘴材料33通常有以下要求。a.良好的耐磨性好，在水煤漿沖擊下具有較低的沖蝕磨損率。b.良好的抗熱沖擊性，能承受溫度驟變帶來的沖擊，不會因熱應(yīng)力的交變產(chǎn)生裂紋，碎裂等。c.良好的加工工藝性。d.使用壽命長，性能價(jià)格比值大。目前國內(nèi)外應(yīng)用最多的水煤漿噴嘴主要有三大類：即金屬材料、硬合金材料和陶瓷材料。金屬材料因硬度低、耐磨性差、磨損率高，導(dǎo)致噴嘴口徑迅速增大，從而霧化效果較差。硬質(zhì)合金剛具有良好的綜合性能，

45、可以制成環(huán)狀或塊狀鑲嵌在噴嘴磨碎嚴(yán)重的部位，適用于各種場合的水煤漿噴嘴。而陶瓷材料由于具有很高的硬度和耐高溫性能，可提高噴嘴的壽命，減少資源（水煤漿，金屬材料等）的消耗，并降低成本。氮硅基陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高韌性和高抗熱震性，同時(shí)可避免溫度梯度的存在，水煤漿的連續(xù)沖擊等這種惡劣的工作環(huán)境。因此在該設(shè)計(jì)中主要用材為氮硅基陶瓷材料。3.4撞擊式燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1 燃燒器頭部計(jì)算頭部的設(shè)計(jì)計(jì)算以保證穩(wěn)定燃燒為原則。一個(gè)設(shè)計(jì)合理的頭部，必須使火焰不出現(xiàn)離焰、回火和黃焰，并使火焰特性滿足加熱工藝的需要。計(jì)算內(nèi)容及步驟如下34：a.選取火孔熱強(qiáng)度qP或火孔出口速度vP 火孔的燃燒能力通常可由火

46、孔熱強(qiáng)度qP或燃?xì)饪諝饣旌衔镫x開火孔的速度vP來表示。在設(shè)計(jì)燃燒器頭部時(shí)，正確選擇火孔的燃燒能力是很重要的。為了保證燃燒工況的穩(wěn)定，通常是根據(jù)燃燒穩(wěn)定范圍曲線35（表3-3），在離焰和回火曲線所確定的參數(shù)范圍內(nèi)，選取合適的qP或vP值。二者之間有如下關(guān)系： 式（3-1）式中 qp火孔熱強(qiáng)度，kW/mm2; Hl燃?xì)獾蜔嶂?，kJ/m3;一次空氣系數(shù)； V0理論空氣需要量，m3/ m3；vP火孔出口氣流速度，m/s。撞擊型霧化燃燒器常用設(shè)計(jì)參數(shù)（表33）b. 確定燃燒火孔總面積FP 根據(jù)所選的qp或vP，可以確定燃燒火孔總面積。 式（32） 式（33）式中 ： FP火孔總面積，mm2； Q燃燒器熱

47、負(fù)荷，kW； vP火孔出口氣流速度（m/s），按表2查得、3.4.2 引射器計(jì)算a. 燃?xì)饬髁坑?jì)算 式（34）式中 Lg 燃?xì)饬髁?，m3/h； Q燃燒器熱負(fù)荷，kW; Hl燃?xì)獾蜔嶂?，kJ/m3b.噴嘴計(jì)算1） 噴嘴直徑 式（35）式中 d噴嘴直徑，mm； Lg燃?xì)饬髁浚琺3/h；µ噴嘴流量系數(shù)； s燃?xì)獾南鄬γ芏?；P噴嘴前燃?xì)鈮毫?，Pa。2） 噴嘴截面積 式（36）式中 d 噴嘴直徑，mm； Fj噴嘴截面積，mm2。C .計(jì)算引射器系數(shù)1).質(zhì)量引射系數(shù)µ 式（37）式中 µ質(zhì)量引射系數(shù)； V0理論空氣需要量，m3/ m3。s燃?xì)獾南鄬γ芏龋?） 容積引射系數(shù)&

48、#181;s 式（38）式中 µs容積引射系數(shù)； Lg燃?xì)饬髁?，m3/h。 La空氣流量，m3/h。由上式（31）至式（38）及表（31）和表（33），在撞擊型霧化燃燒器常用設(shè)計(jì)參數(shù)下，可得設(shè)計(jì)條件下葉片型CWS水煤漿旋流燃燒器的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表所示。撞擊型霧化燃燒器引射器設(shè)計(jì)參數(shù)（表3）設(shè)計(jì)條件已知條件設(shè)計(jì)部分計(jì)算數(shù)據(jù)熱負(fù)荷2.8KW一次空氣系數(shù)0.6燃?xì)鉄嶂?3423KJ/m3火孔熱強(qiáng)度11.6X10-3kW/mm2燃?xì)饷芏?.71Kg/m3內(nèi)火孔數(shù)目 9理論空氣3.25m3/m3外火孔數(shù)目30相對密度0.55火孔直徑2.8mm燃?xì)鈮毫?00Pa火孔面積6.15mm2火孔間距7.0

49、0mm設(shè)計(jì)部分計(jì)算數(shù)據(jù)火孔深度6.4mm火孔總面積241mm2火孔流量系數(shù)0.8火孔直徑2.8mm火孔阻力系數(shù)0.56火孔出口溫度100氣流分配管徑18mm能量損失系數(shù)2.3引射系數(shù)3.5燃?xì)饬髁?0.75Nm3/h燃?xì)饬髁恐睆?.66mm面積系數(shù)X0.31引射器喉部面積60.25mm2喉部直徑9.00mm噴嘴截面積60.25mm2根據(jù)上述撞擊型霧化燃燒器的設(shè)計(jì)參數(shù)可得撞擊型霧化燃燒器噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖，如下所示： 1擴(kuò)壓管 2蝸殼 3導(dǎo)流葉片 4吸氣收縮管 5氮化硅陶器噴嘴 6混合管 7 燃?xì)庑髌?8移動式調(diào)風(fēng)板圖36水煤漿霧化噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖3.5 葉片型CWS水煤漿旋流燃燒器優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：、

50、燃燒器壽命較較長，壽命>l 500 h。同時(shí)，可以避免火焰張角較小、火焰長度較長，對燃料的不充分利用。、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較合理、操作簡單、調(diào)節(jié)容易、安裝方便、霧化良好，燃燒穩(wěn)定，燃燒效率高。、啟動速度快、耗油量少,特別是針對揮發(fā)分較低的煤種或者粒度較粗的水煤漿有絕對性的優(yōu)勢。、由于燃燒器形式選用葉片型，其可改變?nèi)~輪與環(huán)錐形通道之間的徑向間隙，因此調(diào)節(jié)葉輪的位置便可改變旋轉(zhuǎn)氣流與直流氣流的比例,從而達(dá)到調(diào)整二次風(fēng)氣流旋流強(qiáng)度的目的。、由于我們采用的是撞擊式多級霧化噴嘴，可避免堵塞性能不好，燃燒效率不高、和滅火噪聲。同時(shí)負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍交寬、氣耗力低。、噴嘴的機(jī)構(gòu)材料為氮硅基陶瓷，其有很高的硬度和耐高溫

51、性能，可提高噴嘴的壽命，減少資源的消耗，并降低成本36。缺點(diǎn)：、由于燃燒器和噴嘴材料以及結(jié)構(gòu)尺寸的選擇都為最佳結(jié)構(gòu)組合，從而可能會產(chǎn)生過高的成本，以及加工難度。、不可以避免因溫度梯度的存在，水煤漿的連續(xù)沖擊等這種惡劣的工作環(huán)境給設(shè)備帶來的影響。、爐膛中飛灰中可燃物依然存在，嚴(yán)重結(jié)渣的現(xiàn)象仍然沒有解決，第四節(jié)，水煤漿技術(shù)的發(fā)展趨勢及其推廣前景4. 1 水煤漿技術(shù)的發(fā)展趨勢 經(jīng)過近20年的研究和開發(fā)，水煤漿生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)日臻完善，隨著國際國內(nèi)油價(jià)的攀升和波動，正是水煤漿產(chǎn)品大面積推廣的大好時(shí)機(jī)7。水煤漿技術(shù)的發(fā)展趨勢應(yīng)該是設(shè)備的大型化、專門化、系列化和成套化，系統(tǒng)的規(guī)范化，生產(chǎn)控制的自動化，產(chǎn)品質(zhì)

52、量檢測的標(biāo)準(zhǔn)化和在線化，產(chǎn)品的多樣化，添加劑的普適化。同時(shí)，必須提高水煤漿燃燒設(shè)備的性能。4.2 水煤漿技術(shù)推廣前景 4.2.1 水煤漿技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展 從國內(nèi)國際油品市場看，由于石油資源越來越緊張，國際石油市場油價(jià)不斷上漲。而國內(nèi)因原油資源及油品產(chǎn)量呈下降之勢，油品供應(yīng)嚴(yán)重不足。自1996年我國開始己成為原油與成品油的進(jìn)口國14，為此我國國家計(jì)委己發(fā)文件。從2000年起逐步取消燒油設(shè)備，嚴(yán)禁燒重油。由于設(shè)備改造和環(huán)保要求的限制，所以代替燃料重油的最好產(chǎn)品是水煤漿，這不僅可降低燃油成本30左右，而且運(yùn)輸方便，可以滿足環(huán)保要求，符合我國國情。鼓勵以水煤漿代油而制訂的一系列優(yōu)惠政策在陸續(xù)出臺。目前

53、國內(nèi)已有山東白楊河電廠以水煤漿代油發(fā)電，每年為電廠節(jié)約1500多萬元。另有北京燕山石化98年將一臺50MW機(jī)組進(jìn)行燃油改燒水煤漿的試驗(yàn)，并利用日本日暉公司技術(shù)在燃燒過程中脫硫(可脫除50二氧化琉)。4.2.2 水煤漿的潛在價(jià)值從99年10月份起，對后五臺爐進(jìn)行改造，年耗水煤漿l.2Mt以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國鍋爐燒油量約為40Mta，用戶分布在電力、化工、冶金等行業(yè)37。據(jù)1999年按行業(yè)有關(guān)燃油統(tǒng)計(jì)，電力系統(tǒng)燒油調(diào)峰電站燃油量約4300kta，建材窯爐燃油300萬噸，鋼鐵窯爐和發(fā)電燃油264萬噸，石油發(fā)電和工藝加熱燃油822萬噸，化肥原料用油34萬噸。加之近期國際油品市場價(jià)格上揚(yáng)，我國東南部沿海地

54、區(qū)及日本方面也頻頻詢價(jià)，可見，作為代油燃燒的水煤漿市場日益形成，市場潛力巨大。4.3 水煤漿產(chǎn)業(yè)化建議（1）“瞄準(zhǔn)市場、統(tǒng)籌規(guī)劃、同步實(shí)施”。以市場定生產(chǎn)，以用戶定規(guī)模。對集中的大用戶，供需雙方可采用股份合作制的形式在用戶附近建水煤漿廠；對分散的中、小用戶，可在適宜的供應(yīng)半徑內(nèi)集中建水煤漿廠，供需雙方以合同或聯(lián)營方式處理雙方利益關(guān)系，逐步建立穩(wěn)定和規(guī)范的水煤漿市場。 （2）建立和完善標(biāo)準(zhǔn)化體系，包括水煤漿工程廠和油爐改造工程設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，水煤漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法，配套設(shè)備和儀器的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)管理、操作規(guī)程和人員培訓(xùn)等基礎(chǔ)工作。 （3）進(jìn)一步完善水煤漿技術(shù)，包括制漿專用設(shè)備的大型化與系列化，研制單系統(tǒng)能力為25萬t/a和50萬t/a配套的專用設(shè)備（磨機(jī)、調(diào)漿器、濾漿器、高剪切強(qiáng)化泵、有防沉淀與保濕裝置的大型儲罐等）；各種在線檢測儀器（流變儀、煤炭水分儀、精度0.5%重量濃度儀和漿位儀等），高穩(wěn)定性脫硫環(huán)保型水煤漿等40。4.4水煤漿燃燒技術(shù)的重大意義水煤漿燃燒器在某種意義上可提高燃燒效率和減少