新能源-原子能

旋流燃燒器旋流燃燒器的特點(diǎn):①可以避免四角切圓直流燃燒方式產(chǎn)生的爐膛出口扭轉(zhuǎn)殘余導(dǎo)致過(guò)熱器區(qū)的熱偏差；②燃燒器均勻布置于爐內(nèi)，入爐熱量比較均勻，可避免因爐膛中部因溫度過(guò)高而引起結(jié)渣等現(xiàn)象；③各燃燒器單獨(dú)組織燃燒，可通過(guò)調(diào)整旋流燃燒器的旋流強(qiáng)度，達(dá)到調(diào)節(jié)回流區(qū)大小的目的，相互間影響比較小；④對(duì)爐膛形狀不如四角切圓直流燃燒方式要求嚴(yán)格，不必一定接近正方形，有利于尾部受熱面的方便布置；⑤當(dāng)鍋爐容量增加時(shí)，單只燃燒器的功率不必相應(yīng)增大，只需相應(yīng)增加爐膛寬度和燃燒器個(gè)數(shù)。分類:根據(jù)旋流器的不同，可將旋流燃燒器分為蝸殼式、軸向葉片式和切向葉片式三大類，而每種類型又可分為下述典型型式：根據(jù)空氣動(dòng)力特性的不同:單股旋轉(zhuǎn)射流；環(huán)形旋轉(zhuǎn)射流；帶有出口擴(kuò)錐的旋轉(zhuǎn)射流；一次風(fēng)直流、二次風(fēng)旋流的組合旋轉(zhuǎn)射流；同軸的兩股或多股旋轉(zhuǎn)射流；一次風(fēng)直流、二次風(fēng)既有旋流又有直流的組合射流；多個(gè)旋流燃燒器同向（或異向）旋轉(zhuǎn)的組合等形式。旋轉(zhuǎn)射流各流動(dòng)參數(shù)變化規(guī)律的示意圖。旋轉(zhuǎn)氣流內(nèi)的每一點(diǎn)采用軸向速度徑向速度，切向速度及靜壓等參數(shù)加以描述。流場(chǎng)按可分為兩個(gè)區(qū)域：①外圍區(qū)域，Ⅰ區(qū)，也稱為自由旋渦區(qū)②旋渦核心區(qū)，Ⅱ區(qū)，也稱為準(zhǔn)剛體旋轉(zhuǎn)區(qū)、旋渦回流區(qū)外圍區(qū)域和旋渦核心區(qū)的分界處為旋轉(zhuǎn)切向速度最大值處沿射流軸線上軸向速度的衰減規(guī)律"飛邊”現(xiàn)象旋轉(zhuǎn)射流特點(diǎn)：①旋轉(zhuǎn)射流具有內(nèi)回流區(qū)和外回流區(qū)，擴(kuò)展角也比較大，相對(duì)直流射流而言，旋轉(zhuǎn)射流卷吸周圍介質(zhì)的能力強(qiáng)，可以依靠自身的回流區(qū)保持穩(wěn)定著火。②旋轉(zhuǎn)射流出口處速度高，由軸向、徑向和切向速度，氣流的早期混合強(qiáng)烈。③切向速度衰減很迅速，氣流旋轉(zhuǎn)效應(yīng)消失較快，因此后期混合較弱。④旋轉(zhuǎn)射流的軸向速度衰減也較快，因此射流射程較短。旋流燃燒器的運(yùn)行特性參數(shù)1、燃燒器的旋流強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)（切向）動(dòng)量矩M和軸向動(dòng)量矩K之比2、實(shí)際旋流強(qiáng)度①燃燒器存在有摩擦損失②實(shí)際上氣流旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)無(wú)中心管或中心管不大時(shí)，氣流中心是回流區(qū)，導(dǎo)致出口軸向速度的面積小于燃燒器的出口截面積通常通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量燃燒器出口速度場(chǎng)積分求取旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩M和軸向動(dòng)量矩K來(lái)決定：3、綜合旋流強(qiáng)度

燃燒器分為多通道時(shí):綜合旋流強(qiáng)度4、組合旋轉(zhuǎn)氣流的平均參數(shù)旋流燃燒器出口的平均速度和平均密度5、煙氣回流量中心旋渦回流區(qū)回流量和射流外邊界回流區(qū)回流量圖示出了某旋流燃燒器中心旋渦回流區(qū)和外邊界回流區(qū)尺寸及回流量沿燃燒器出口距離的變化情況回流強(qiáng)度是一個(gè)包含回流區(qū)相對(duì)直徑、相對(duì)長(zhǎng)度和相對(duì)回流速度的綜合參數(shù)：6、能量利用系數(shù)表示燃燒器內(nèi)阻力大小，定義等于旋流燃燒器入口氣流能量和出口能量之比，即：不同類型旋流燃燒器的能量利用系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果如圖所示。能量利用系數(shù):軸向葉片式旋流燃燒器達(dá)85％;蝸殼式旋流燃燒器僅41～47％。7、燃燒器的阻力系數(shù)8、旋轉(zhuǎn)射流擴(kuò)展角通常用軸向速度為本截面軸向速度最大值的10％處定義為旋轉(zhuǎn)射流的外邊界線。旋轉(zhuǎn)射流外邊界線的夾角則定義為旋轉(zhuǎn)射流擴(kuò)展角，表征了旋轉(zhuǎn)射流的擴(kuò)展范圍。典型燃燒的擴(kuò)展角隨旋流強(qiáng)度變化的關(guān)系示于圖。如旋流燃燒器出口有導(dǎo)向擴(kuò)展角，則會(huì)更大一些。擴(kuò)展角過(guò)大，容易造成飛邊或開(kāi)式中心回流區(qū)，使燃燒不穩(wěn)定，并容易導(dǎo)致燃燒器燒壞及產(chǎn)生結(jié)渣；擴(kuò)展角過(guò)小，則會(huì)使火焰高溫中心后移，回流區(qū)減小，對(duì)著火和燃盡也不利。9、氣流出口不均勻系數(shù)氣流出口不均勻系數(shù)表示了燃燒器出口氣流不均勻程度，是圓周上氣流最大速度與最小速度的差值和圓周上各測(cè)點(diǎn)氣流平均速度之比，即：蝸殼式燃燒器的不均勻系數(shù)比葉片式旋流燃燒器的不均勻系數(shù)大。圖示出了某切向葉片旋流燃燒器的不均勻系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果，隨旋流強(qiáng)度的增加，增大；而在同一旋流強(qiáng)度下，不均勻系數(shù)則隨葉片傾斜角的增加而增加。10、燃燒器出口煤粉分配不均勻系數(shù)燃燒器出口煤粉分配不均勻系數(shù)表征燃燒器出口煤粉分布的不均勻程度，為燃燒器內(nèi)最大煤粉濃度（或流量）與最小值之差和煤粉平均濃度（或流量）之比，即：圖示出了蝸殼式燃燒器煤粉分布不均情況11、各燃燒器間空氣分配不均勻系數(shù)各燃燒器間空氣分配不均勻系數(shù)表征各燃燒器件燃燒所需空氣是否分配均勻的系數(shù)12、爐膛充滿系數(shù)爐膛充滿系數(shù)表征火炬在爐內(nèi)的充滿程度，其定義為： 1－總?cè)躏L(fēng)區(qū)面積/燃燒器層爐膛橫截面積由圖可知，旋流燃燒器的爐膛充滿系數(shù)不如四角切向燃燒器，在燃燒器附近尤為明顯，圖還對(duì)比了不同試驗(yàn)條件下，旋流燃燒器和四角燃燒器的爐膛充滿系數(shù)。旋流燃燒器噴出的煤粉在爐內(nèi)的平均停留時(shí)間可根據(jù)火焰長(zhǎng)度L、爐內(nèi)平均煙速和爐膛充滿度來(lái)估算：高溫?zé)煔饣亓髁侩S旋流強(qiáng)度的變化關(guān)系煙氣回流量對(duì)大多數(shù)現(xiàn)有旋流燃燒器的試驗(yàn)表明，當(dāng)旋流強(qiáng)度在1～4的范圍變化時(shí)，回流量的調(diào)節(jié)范圍為0.1～0.45，基本能滿足不同煤種著火對(duì)回流量的要求。旋流燃燒器中心回流區(qū)長(zhǎng)度與旋流燃燒器出口直徑之比隨旋流強(qiáng)度的變化關(guān)系如圖(a)所示中心回流區(qū)寬度隨旋流強(qiáng)度的變化則示于圖(b)中,可見(jiàn)隨旋流強(qiáng)度的增大,回流區(qū)寬度相應(yīng)增大。圖示出了中心回流量沿軸線的變化關(guān)系，可見(jiàn)旋流強(qiáng)度稍有增加，回流量就增大很多，但出現(xiàn)最大回流量的位置與基本無(wú)關(guān)。不同煤燃燒時(shí)所需高溫?zé)煔饣亓髁抗浪愎浪愕闹饕Ｐ褪牵孩俑鶕?jù)煤種特性和運(yùn)行條件確定著火溫度值；②根據(jù)煤中揮發(fā)物含量、著火溫度、一次風(fēng)量和一次風(fēng)溫估算穩(wěn)定著火所需的最小煙氣回流量；③根據(jù)計(jì)算得到的最小煙氣回流量，通過(guò)由試驗(yàn)獲得的煙氣回流量和旋流燃燒器運(yùn)行特性的關(guān)系曲線，得到旋流燃燒器合適的運(yùn)行參數(shù)如旋流強(qiáng)度。1、煤粉的著火溫度在絕熱工況下，根據(jù)一定的空氣溫度和煤粉細(xì)度，研究煤粉空氣混合物的著火溫度、反應(yīng)速度及煤粉初始濃度之間的理論關(guān)系和近似計(jì)算方法，得出一定煤粉濃度下點(diǎn)火和穩(wěn)燃特性，獲得各種工況下的著火溫度。2、加熱煤粉至著火的主要熱源分析求得煤粉的著火溫度后，即可估算出每千克煤粉所需的著火熱量為：煤粉顆粒溫度隨時(shí)間的變化可近似寫(xiě)為：回流加熱所需的加熱時(shí)間為：以火炬等輻射為主而略去煙氣回流加熱時(shí)所需的加熱時(shí)間為：對(duì)煤粉輻射加熱至著火比煙氣回流對(duì)流加熱至著火所需時(shí)間大約大二十倍左右，因此在分析旋流燃燒煤粉火炬著火時(shí)可以考慮以高溫?zé)煔饣亓鳛橹鳌?、穩(wěn)定著火所需的最小煙氣回流量計(jì)算供給煤粉氣流著火的主要熱源是揮發(fā)分燃燒產(chǎn)生的熱量。各種結(jié)構(gòu)參數(shù)組合的旋流燃燒器運(yùn)行特性一、環(huán)狀旋流燃燒器的運(yùn)行特性

環(huán)狀旋轉(zhuǎn)射流主要特點(diǎn)有：①中心管的存在使回流區(qū)更接近旋流燃燒器出口。②環(huán)狀旋轉(zhuǎn)射流的回流區(qū)范圍明顯大于無(wú)中心管的旋轉(zhuǎn)射流。③環(huán)狀旋轉(zhuǎn)射流和無(wú)中心管的自由旋轉(zhuǎn)射流的最大回流速度比較見(jiàn)圖1，環(huán)狀旋轉(zhuǎn)射流中心回流區(qū)最大回流量和旋流強(qiáng)度的試驗(yàn)關(guān)系曲線如圖2所示，近似計(jì)算公式為：④環(huán)狀旋轉(zhuǎn)射流比自由旋轉(zhuǎn)射流軸向速度衰減更快，如圖示。⑤環(huán)狀旋轉(zhuǎn)射流和自由旋轉(zhuǎn)射流切向速度變化規(guī)律如圖所示，可見(jiàn)環(huán)狀旋轉(zhuǎn)射流在出口處中心管附近由于中心管的存在導(dǎo)致出現(xiàn)一切向速度為零的平直段，但離出口不遠(yuǎn)處就變成了與自由旋轉(zhuǎn)射流相似的擬旋渦流動(dòng)。⑥環(huán)狀旋轉(zhuǎn)射流的擴(kuò)展角大于自由旋轉(zhuǎn)射流，因此環(huán)狀旋轉(zhuǎn)射流更容易產(chǎn)生飛邊現(xiàn)象，在運(yùn)行中應(yīng)予以重視。二、旋流和直流組合時(shí)的運(yùn)行特性1、直流和旋流組合時(shí)的燃燒器結(jié)構(gòu)組合型式：①一次風(fēng)為直流或者直流一次風(fēng)出口加裝穩(wěn)焰器，而二次風(fēng)為旋轉(zhuǎn)射流；②一次風(fēng)為直流，二次風(fēng)分為多股送入，部分為旋流、部分為直流；③一次風(fēng)為旋轉(zhuǎn)射流，而二次風(fēng)為直流射流或部分直流、部分旋流的。雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器簡(jiǎn)圖2、流動(dòng)工況①一次風(fēng)直流、二次風(fēng)旋流圖1示出了不同的一二次風(fēng)質(zhì)量流量比下燃燒器出口中心回流區(qū)最大回流量的變化情況，隨的增大，內(nèi)回流區(qū)內(nèi)的最大回流量逐漸減小，中心直流一次風(fēng)速進(jìn)一步增加，中心回流區(qū)最終消失。圖2為不同一二次風(fēng)量比下,一次風(fēng)為直流、二次風(fēng)為旋流的燃燒器中心回流區(qū)尺寸的變化，隨增大，回流區(qū)長(zhǎng)度減小，而寬度稍有增加。一二次風(fēng)之間的混合(1)圖給出了兩直流和一直一旋和兩旋轉(zhuǎn)射流所組合成的燃燒器的混合分?jǐn)?shù)沿軸向分布的對(duì)比情況，圖中混合分?jǐn)?shù)，值越小，代表二次風(fēng)混入一次風(fēng)的量越多，一二次風(fēng)之間混合越強(qiáng)烈。(2)一次風(fēng)旋流、二次風(fēng)直流圖示出了旋轉(zhuǎn)的一次風(fēng)和不旋轉(zhuǎn)的二次風(fēng)混合時(shí)軸心濃度的衰減規(guī)律，圖中為兩股射流充分混合后的濃度。(3)一次風(fēng)直流、內(nèi)二次風(fēng)旋流、外二次風(fēng)直流的雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器高速直流風(fēng)有較強(qiáng)的壓制作用，可有效防止旋轉(zhuǎn)射流截面的急劇擴(kuò)大而導(dǎo)致氣流貼墻，剛性不足的問(wèn)題。三、共軸旋流組合的運(yùn)行特性共軸旋流由各自不同旋流強(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)射流組成，旋轉(zhuǎn)方向可以是同向的，也可以是異向的，再加上一次風(fēng)中煤粉的存在，因而流動(dòng)比較復(fù)雜。圖示出了兩個(gè)共軸同向旋轉(zhuǎn)射流的速度分布及靜壓的分布情況，可見(jiàn)由于內(nèi)外旋轉(zhuǎn)射流的相互影響，共軸旋轉(zhuǎn)射流的流動(dòng)情況十分復(fù)雜。①一次風(fēng)旋流強(qiáng)度對(duì)共軸旋流流動(dòng)特性的影響如圖1所示，二次風(fēng)旋流強(qiáng)度不變，僅改變一次風(fēng)旋流強(qiáng)度，隨旋流強(qiáng)度的增加，中心回流區(qū)減小，當(dāng)從0增至1.35時(shí)，中心回流區(qū)長(zhǎng)度減小最明顯，回流量變化不大，但略有增加，可見(jiàn)盡管一次風(fēng)比例較小，但對(duì)回流區(qū)的尺寸影響較大。不同下中心回流量、軸線速度和壓力的變化規(guī)律如圖2所示。②二次風(fēng)旋流強(qiáng)度對(duì)共軸旋流流動(dòng)特性的影響在一次風(fēng)旋流強(qiáng)度不變,僅改變二次風(fēng)旋流強(qiáng)度時(shí)，中心回流區(qū)的尺寸變化如圖1所示，中心回流量、最大軸向速度和壓力的變化規(guī)律如圖2所示。隨著二次風(fēng)旋流強(qiáng)度的增加，中心回流量增加，射流的外邊界擴(kuò)展角有明顯增加，總的卷吸量也增大。③一二次風(fēng)量比對(duì)共軸旋流流動(dòng)特性的影響一二次風(fēng)量比變化對(duì)回流區(qū)尺寸和回流量都有較大影響，但變化比較復(fù)雜，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定合適的風(fēng)量比。④改變一二次風(fēng)動(dòng)量比對(duì)共軸旋流流動(dòng)特性的影響⑤不同旋流強(qiáng)度下一二次風(fēng)混合特性通過(guò)用不同的一二此風(fēng)溫進(jìn)行氣流混合試驗(yàn)研究⑥預(yù)混段對(duì)共軸氣流混合的影響預(yù)混段的長(zhǎng)短時(shí)決定一二次混合遲早的關(guān)鍵因素。帶出口擴(kuò)口的旋流燃燒器運(yùn)行特性1、帶有出口擴(kuò)口的旋流燃燒器分類出口擴(kuò)口的形式通常有三種，分別為收縮擴(kuò)口、簡(jiǎn)單擴(kuò)口和柱形擴(kuò)口。擴(kuò)口對(duì)旋流強(qiáng)度有增強(qiáng)的作用,加裝擴(kuò)口后逆向回流區(qū)明顯增大。采用漸擴(kuò)擴(kuò)口的旋流燃燒器可能形成以下三類典型流動(dòng)：①當(dāng)旋流強(qiáng)度較低或不旋轉(zhuǎn)時(shí)②中高等旋流強(qiáng)度下③形成附壁射流，產(chǎn)生飛邊附壁現(xiàn)象2、有出口擴(kuò)口的旋流燃燒器的空氣動(dòng)力特性①出口擴(kuò)口增大燃燒器旋流強(qiáng)度②出口擴(kuò)口形狀對(duì)速度場(chǎng)的影響縮放噴嘴不但在射流軸線上的回流速度要比收縮噴嘴大，而且在射流邊界附近的徑向速度也較大，回流區(qū)寬度也要大一些，但其切向速度要小一些。③出口擴(kuò)口對(duì)回流區(qū)尺寸、回流量的影響④出口擴(kuò)口對(duì)射流擴(kuò)展角的影響⑤擴(kuò)口對(duì)一二次風(fēng)混合的影響影響一二次風(fēng)混合強(qiáng)度的主要因素有：(a)在二次風(fēng)擴(kuò)口角度一定的條件下，增加一次風(fēng)擴(kuò)口角度，則混合減弱，如圖(a)。(b)一二次風(fēng)動(dòng)量比和一次風(fēng)擴(kuò)口角度一定的條件下，增加二次風(fēng)擴(kuò)口角度，則混合加強(qiáng)，如圖(b)。（c）當(dāng)一二次風(fēng)擴(kuò)口角度一定時(shí)，如在一次風(fēng)通道內(nèi)設(shè)置有中心管，如中心管上設(shè)置有擴(kuò)口則混合將加強(qiáng)。如圖3-58所示。同時(shí)中心管的擴(kuò)口也相當(dāng)于在旋流燃燒器出口設(shè)置擴(kuò)錐（d）在其他條件不變的情況下，增大一二次風(fēng)動(dòng)量比可使外圍氣流速度提高，擾動(dòng)增強(qiáng)，內(nèi)外氣流交界面上的速度梯度增大，混合過(guò)程增強(qiáng)。如圖3-59所示⑥擴(kuò)口長(zhǎng)度對(duì)旋轉(zhuǎn)氣流形態(tài)的影響擴(kuò)口相對(duì)長(zhǎng)度減少時(shí)，形成開(kāi)放氣流的氣流動(dòng)量比范圍增大。3、旋流燃燒器擴(kuò)口對(duì)煤種的適應(yīng)性①燃燒煙煤、褐煤等易燃煤種，一般擴(kuò)口不必?cái)U(kuò)張，采用圓筒形噴口就能達(dá)到穩(wěn)定工況，氣相葉片式旋流燃燒器則帶有錐角約為，長(zhǎng)為0.4D的擴(kuò)口。②燃燒無(wú)煙煤、貧煤、劣質(zhì)煙煤時(shí)，擴(kuò)口應(yīng)帶有一定的擴(kuò)張角。③旋流式燃燒器不宜采用邊緣帶圓角或張角過(guò)大而短的擴(kuò)口，以免形成開(kāi)放式氣流。④增大中心管直徑并相應(yīng)增大一、二次風(fēng)管徑后，旋流燃燒器在無(wú)擴(kuò)口的情況下也能燃用無(wú)煙煤或劣質(zhì)煙煤。多個(gè)旋流燃燒器運(yùn)行時(shí)的相互作用兩股旋轉(zhuǎn)射流在爐內(nèi)相互作用的流動(dòng)特性研究結(jié)果表明：平行旋轉(zhuǎn)射流組的流動(dòng)可分為三個(gè)具有不同特征的區(qū)域，第一區(qū)域?yàn)閺娜紵鞒隹诘降慕孛嫣帲瑑蓚€(gè)旋轉(zhuǎn)射流都保持各自特性，基本上是獨(dú)立的。第二區(qū)域?yàn)椋瑑晒缮淞鏖_(kāi)始作為一個(gè)復(fù)合射流擴(kuò)展；第三個(gè)區(qū)域?yàn)橐院螅瑥?fù)合射流具有自由旋轉(zhuǎn)射流的特性。圖示出了兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的旋流燃燒器出口附近軸向速度的分布情況,可見(jiàn)在處,兩股旋轉(zhuǎn)射流已經(jīng)具有單個(gè)旋轉(zhuǎn)射流的特性。圖3－63為兩個(gè)被加熱的反向旋轉(zhuǎn)射流噴入冷爐燃燒室后在爐內(nèi)形成的溫度場(chǎng)分布，可見(jiàn)在旋流作用下，中心回流區(qū)卷吸了部分周圍的低溫空氣，溫度場(chǎng)在軸心形成了低溫區(qū)，這和軸向速度的分布時(shí)類似的，直至后，回流區(qū)才逐漸消失，在后，溫度場(chǎng)分布類似于軸向速度分布變得逐漸平坦。同時(shí)可見(jiàn)盡管兩旋流燃燒器間間距為，但在距離燃燒器處兩股旋轉(zhuǎn)射流已開(kāi)始相互作用，直至才基本作用完畢。二、多個(gè)旋流燃燒件旋轉(zhuǎn)火炬的相互作用鍋