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      濃縮型雙調風生物質燃燒機的冷模試驗研究

      作者:鄭州達冠節能環保設備有限公司 ?????來源:http://www.74q677.fun/news/782.html?????發布時間:2019-01-09 15:54
      導讀:濃縮型雙調風生物質燃燒機的冷模試驗研究 摘 要:在冷態模化實驗臺上,對濃縮型雙調風生物質燃燒機分別進行了正交實驗和單因素實驗,分析了一次鳳率、調鳳盤開度、內二次風角

      濃縮型雙調風生物質燃燒機的冷模試驗研究
      摘  要:在冷態模化實驗臺上,對濃縮型雙調風生物質燃燒機分別進行了正交實驗和單因素實驗,分析了一次鳳率、調鳳盤開度、內二次風角度和外二次風角度等因素的改變對回流量、出口旋流強度、擴散角和阻力系數的影響,得到各因素的最佳推薦范圍:噴口處一次鳳率為8%~9%,調風盤開度為50%~70%,內二次鳳角度為300~35。,外二次鳳角度為35。~400,最后利用激光顆粒成像技術得到燃燒器出口的流場圖,認為風箱內配風均勻性直接影響燃燒器流場的均勻性,
          我國的能源生產和消費結構中,煤炭一直占主導地位,以燃煤為主的火力發電機組在一定時期內仍是主要的電力設備,我國貧煤、無煙煤等低揮發分煤資源十分豐富,但這些煤種由于揮發分含量低、可燃性能差、極不易著火與燃盡常常造成鍋爐燃燒不穩定、熱效率低、污染排放嚴重等問題¨1.因此,開發研制適合我國煤種特點的高效率、低污染的新型燃燒器是當前電站鍋爐研究的重要課題,書中要求,對低揮發分煤的燃燒穩定性和NO,控制機理進行了研究分析,根據巴威標準并結合國內外燃用貧煤和無煙煤的多個工程經驗,在龍山項目中采用一種新型生物質燃燒機即濃縮型EI-DRB低NO。雙調風生物質燃燒機,為進一步消化吸收國際先進的燃燒技術,在此基礎上開發研制適合我國多燃燒低揮發分煤實際現狀的新型生物質燃燒機,筆者對該燃燒器在不同工況下的空氣動力特性進行了全面的了解和掌握,對其穩燃和低NO。生成特性進行了深入的研究.
      1  新型燃燒器的選型
          燃燒器型式通常是根據煤質資料計算著火指數,并綜合考慮項目合同要求及實際運行經驗來確定的,根據龍山工程煤質資料,進行著火特性分析,并與成功投運的陜西蒲城2×300 MW機組貧煤鍋爐進行對比,
          龍山和蒲城的設計和校核煤種均屬于低揮發分貧煤,在著火、穩燃等各方面都比較接近,具有高灰分、高硫分、不易結渣等特蠃,根據B &W標準,同時借鑒蒲城項目的設計經驗,初定燃燒器的型式為PAX型生物質燃燒機,由于黔北、耒陽工程“W”火焰鍋爐的成功投運,為濃縮型燃燒器的使用增添了業績,濃縮型燃燒器是在PAX型燃燒器基礎上發展而來的,具有很多PAX型燃燒器沒有的優點,因此龍山工程采用濃縮型生物質燃燒機,同時為提高二次風旋流強度,保證良好的空氣動力場,外二次風調風機構選用切向進風,最終確定選用濃縮型EI-DRB雙調風生物質燃燒機,
      2冷態模化試驗
      2.1冷態模化研究內容
          試驗的目的是對濃縮型EI-D RB低NO。雙調風生物質燃燒機在不同工況下的空氣動力特性做一個全面的了解和掌握,進而對其穩燃和低NO。生成特性進行深入的研究,研究的內容是在借鑒前人試驗經驗的基礎上,依據模化原理以設計原型的1:4在實驗室建立燃燒器模型進行冷態模化試驗,以了解燃燒器出口流場特性、回流醫形狀、燃燒器出口旋流強度、擴散角及阻力特性【2'31等,分析研究一次風率、調風盤開度、內二次風葉片角度、外二次風葉片角度等各因素對流場的影響,確定各因素的最佳運行工況.
      2.2試驗方法及裝置
          試驗分2個階段進行,第一階段為正交試驗,第二階段為單因素試驗,
          用飄帶法對流場的長度和寬度進行觀察,確定測量范圍,正交試驗分別選取距燃燒器出口80、120、200、400、900 mm 5個截面位置進行測量,每個截面上測點的橫向間距為20 mm,總寬900 mm,共46個點,單因素試驗又增加了距燃燒器出口300、600 mm 2個截面位置進行測量,對所測得的數據進行編程計算處理以分析流場特性并進行比較研究,
          試驗采用三孔探針配以多只微壓傳感器進行測量,試驗裝置系統由模型燃燒器、管道系統、送風機、風量和風壓及風速的測量裝置、自動坐標架、數據自動采集系統等組成。
          通過正交分析,待出如下結論:
          (1)外二次風角度及一次風率是影響回流量的主要因素,通過減小外二次風葉片角度和降低一次風率,能組織較好的高溫煙氣回流區來卷吸煤粉有
          (2)外二次風角度及內二次風角度是影響燃燒器出口旋流強度的主要因素,內、外二次風葉片角度越小,燃燒器出口旋流強度越大,因此改變內、外二次風角度是調節燃燒器旋流強度的重要手段.
          (3)外二次風角度及一次風率是影響火焰擴散角的主要因素.外二次風角度越小,擴散角越大,合理控制外二次風角度可避免擴散角過大產生的火焰刷壁及燃燒器出口結焦現象,一次風率越大,擴散角越小,擴散角過小不利于組織良好的燃燒流場,從而不利于煤粉的著火和穩燃.
          (4)調風盤開度及外二次風角度是影響燃燒器阻力的主要因素,調風盤開度較小且外二次風角度較小時,燃燒器阻力較大,通過加大調風盤開度和外二次風角度可降低燃燒器阻力,從而降低對風機壓頭的要求.
      3  正交試驗結果處理及分析    4  單因素試驗結果處理及分析
          正交試驗按L9 (34)‘1(4因素、3水平、9次試驗)進行,采用極差法分析各因素對回流量和回流區形狀、旋流強度、擴散角、燃燒器阻力系數影響的主次順序及各因素的最優水平,從而設計出更優的試驗方案,
          為了找出4個影響因素的改變對流場的影響程度及變化趨勢,對4個影響因素分別做了6個工況的單因素輪換試驗,并對各因素的變化與回流量、燃燒器出口旋流強度、擴散角及阻力系數之間的關系進行了分析,
          從圖3中可以看出,回流量受一次風率的影響較大,當一次風率為6%時回流量最大,一次風率為11%時回流量最小,總的趨勢是隨著一次風率的增大回流量減小,因為一次風率增大,即一次風速提高一次風的動量增加,相應的二次風量、風速降低,旋流強度減小,旋流的內、外二次風卷吸的高溫熱煙氣量較小,因此,產生的回流量也小,
          從圖4中可以看出,旋流強度在0. 601~0.708之間,隨著一次風率的增大,旋流強度僅略微減小,說明一次風率對旋流強度的影響不大,略微的減小是因為一次風量增加,二次風量相應減少,即內、外二次風速度略微降低引起的,
          從圖5中可以看出,擴散角總體上隨一次風率的增大而減小,當一次風率從7%變到8%日寸,擴散
          從圖8中可以看出,旋流強度隨調風盤開度的改變基本沒有交化,說明調風盤開度的變化對燃燒器出口旋流強度影響很小,因為調風盤是調節內、外二次風比例IYJ,開度大時內二次風量增加,速度提高,其動量也增加,旋流強度增大;同時外二次風量減少,速度下降,其動量也減小,旋流強度減小,因此綜合旋流強度無明顯變化,
          從圖9中可以看出,擴散角隨調風盤開度的改變變化不大,總體數值較合適,
          從圖10中可以看出,阻力系數隨調風盤開度的增大而明顯減小,當調風盤開度為20%時,阻力很大,對燃燒器配風及風機耗電量是不利的,
          綜合以上分析,在較好工況下,調風盤開度的推角變化較大,
          從圖6中可以看出,阻力系數隨一次風率變化不大,并且總體上都很小,
          綜合以上分析,回流量及旋流強度較大、擴散角適中并且阻力系數較小的工況為較好工況,對于低揮發分煤來說,一次風率小有利于著火和穩燃,但對于此濃縮型燃燒器,一次風速太低,易造成煤粉沉積和堵塞現象,因此推薦一次風率(噴口處)在8%~9%之間,
          圖7~10分別是回流量與調風盤開度、出口旋流強度與調風盤開度、擴散角與調風盤開度、阻力系數與調風盤開度的關系圖,
          從圖7中可以看出,回流量在0. 468~0.696kg/s之間變化,總體隨調風盤開度的增加而減小.
          圖11~14分別是回流量與內二次風角度、出口旋流強度與內二次風角度、擴散角與內二次風角度、阻力系數與內二次風角度的關系圖,
          從圖11中可以看出,回流量隨內二次風角度的增大而減少,最初減少較快,然后逐漸趨于穩定,說明內二次風角度較小時對回流量影響較大,當內二次風角度大于45。后,回流量變化不大,回流量越大對低揮發分煤的穩燃越有利,
          從圖12中可以看出,旋流強度隨內二次風角度的增大而逐漸減小,說明內二次風角度對旋流強度影響較大,可通過改變內二次風角度來調節旋流強度的大小,以組織較好的回流區達到煤粉著火和穩。燃的目的,在回流區完整的情況下內二次風角度較小為好,但內二次風角度太小,易產生刷壁和燃燒器噴口結焦問題,
          從圖13中可以看出,擴散角隨內二次風角度的增大而先增大再減小,當內二次風角度在35。~40。日寸,擴散角合適,
          從圖14中可以看出,阻力系數隨內二次風角度的增大而減小,并且總體阻力系數不大,在2. 38~
      3. 31之間,這對燃燒器是十分有利的,
          綜合以上分析,對于低揮發分煤,內二次風角度適當減小時,旋流強度增加,著火穩定性提高,內二次風角度的推薦范圍為30”~35。之間,
          圖15~18分別是回流量與外二次風角度、出口旋流強度與外二次風角度、擴散角與外二次風角度、阻力系數與外二次風角度的關系圖,
          從圖15中可以看出,回流量隨著外二次風角度的增大而明顯減少,說明外二次風角度對回流量的影響很大,外二次風角度過大日寸,回流量很小,不利于低揮發分煤的著火與穩燃,
          從圖16中可以看出,旋流強度隨著外二次風角度的增大而明顯降低,說明外二次風角度對旋流強度的影響很大,并且隨外二次風角度的增大,產生的旋流強度明顯降低,
          從圖17中可以看出,擴散角隨外二次風角度的增大而先減小再增大,其中當外二次風角度為35。~40。時,擴散角合適,說明外二次風角度對擴散角的影響很大,當外二次風角度較小日寸,高速旋轉的外二次風會產生較大的旋流強度,形成較大擴散角的回流區,但擴散角過大,會造成火焰“飛邊”現象,擴散角過小又會導致回流區小,所以擴散角在60。左右較好,
          從圖18中可以看出,阻力系數隨外二次風角度的增大而明顯減小,說明外二次風角度對燃燒器阻力的影響很大,隨外二次風角度的增大,外二次風的流通通道明顯增大,則阻力明顯減小,
          綜合以上分析,在較好工況下,外二次風角度的推薦范圍為35。~40。.
      4.2單因素試驗結論
          通過單因素試驗分析,了解了各影響因素的改變財濃縮型EI-D RB燃燒器流場的影響程度及變化趨勢,得出各因素的最佳推薦范圍:噴口處一次風率為8%~9%,調風盤開度為50%~70%,內二次風角度為30。~35。,外二次風角度為350~40。.
      5顆粒成像技術(PIV)試驗及其結果分析
        采用激光顆粒成像技術得到了燃燒器出口流場圖(見圖19).從圖上可以清楚地看到燃燒器出口流場的較詳細的狀況,圖中各矢量點的間距約為8mm,測量精度高,圖19所示流場圖的工況見表2.
          從圖19中可以看出,燃燒器出口有明顯的細長形回流區,這是因為內、外二次風的角度均較小,旋流強度較大,內、外二次風與一次風混合強烈,從而形成明顯回流區,并使火焰拉長,使煤粉有較長的燃燒路程,以達到充分燃燒,另外,由于一次風量大,將著火點向后推,使火焰拖長,從而形成細長形流場,流場是上下非對稱的,在燃燒器出口下方的回流區軸向速度明顯比上方的軸向速度高,發生明顯偏轉,這樣在實際熱態運行時,燃燒器組織部分煤粉直接送入中心回流區,在其中燃燒并放出熱量,以輔助煙氣對煤粉氣流的加熱,在燃燒器出口組織煤粉氣流急拐彎來增濃,不僅增濃倍數太,而且由于煤粉滯止增濃過程中氣固兩相間的高滑移速度導致傳熱速率極快,且有大量的揮發物析出,形成一個極易著火的非均相穩燃區,對貧煤的著火和穩燃是非常有利的.
          從圖19中還可以看出,出口速度場分布很不均勻,這主要是由于氣流突然轉彎,引起燃燒器下部風速高,上部風速低,來流不均勻造成的,可見,風箱內配風均勻性直接影響燃燒器流場的均勻性.
      6結  論
          對濃縮型EI-D RB低NO。雙調風生物質燃燒機進行了冷態試驗研究,得出的結論充分證明了此新型燃燒器是正確可行的,冷模試驗結論為龍山項目的設計提供了正確的理論依據和有用的試驗數據,該新型燃燒器在龍山項目中的成功應用,不但為今后新機組設計和老機組改造提供了很好的參考依據,同時也為我國在生物質燃燒機燃燒低揮發分煤方面的研究和應用提供了寶貴的經驗,針對我國低揮發分煤炭資源豐富的現狀,濃縮型EI-D RB低NO。雙調風生物質燃燒機在燃用低揮發分煤的大型電站鍋爐中一定會有很好的應用前景。

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