單相冷態(tài)試驗(yàn)研究

1、1引言為了綜合解決煤粉燃燒過程中存在的低負(fù)荷穩(wěn)燃能力差，燃燒效率低，氮氧化物（NOx）排放，爐膛水冷壁的結(jié)渣和高溫腐蝕等問題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出并開發(fā)了徑向濃淡旋流煤粉燃燒器［1］，結(jié)構(gòu)如圖1。文［2］中Vu利用球型五孔探針和一維熱線風(fēng)速儀對(duì)同軸旋轉(zhuǎn)組合射流進(jìn)行了研究，測(cè)量了時(shí)均流場(chǎng)和湍流特性參數(shù)。馬春元［3］對(duì)徑向濃淡旋流煤粉燃燒器單相射流進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究了旋流強(qiáng)度、一次風(fēng)噴口結(jié)構(gòu)對(duì)燃燒器出口單相流場(chǎng)的影響。李爭(zhēng)起［4］利用相位多

2、普勒激光測(cè)速儀（PDA）對(duì)濃淡型旋流燃燒器和雙蝸殼型旋流燃燒器出口氣固兩相射流流動(dòng)特性進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)濃淡型燃燒器在中心回流區(qū)邊界形成較高煤粉濃度，而雙蝸殼型燃燒器煤粉高濃度區(qū)處于二次風(fēng)流動(dòng)區(qū)域內(nèi)，不利于煤粉氣流的穩(wěn)定著火。由于一次風(fēng)率和旋流二次風(fēng)率（旋流二次風(fēng)風(fēng)量占整個(gè)二次風(fēng)風(fēng)量的比例）是旋流燃燒器的主要設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)，本文利用一維熱膜風(fēng)速儀，對(duì)新型濃淡型旋流燃燒器在不同一次風(fēng)率和旋流二次風(fēng)率下進(jìn)行了單相冷態(tài)試驗(yàn)研究，并給出其

3、工業(yè)應(yīng)用的情況。2單相冷態(tài)試驗(yàn)研究21試驗(yàn)臺(tái)及試驗(yàn)方法試驗(yàn)采用的旋流燃燒器模型與實(shí)物的比例為1：3，噴口外徑為d＝372mm，中心風(fēng)和一次風(fēng)擴(kuò)口均具有一定的張角。二次風(fēng)旋流器采用軸向固定彎曲葉片，直流二次風(fēng)為無旋流的純直流風(fēng)（見圖1）。旋流二次風(fēng)風(fēng)率的大小。測(cè)量了燃燒器出口旋流流場(chǎng)中時(shí)均速度和湍流量的分布。試驗(yàn)中采用了美國TSI公司生產(chǎn)的IFA300型熱膜風(fēng)速儀對(duì)湍流流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，利用飄帶法來確定空間氣流速度的方向，利用一維熱膜探針多方

4、位轉(zhuǎn)動(dòng)法［5～7］實(shí)現(xiàn)空間三維時(shí)均速度和脈動(dòng)速度的分解測(cè)量，據(jù)文［5］分析，時(shí)均速度的測(cè)量誤差在17％以內(nèi)，湍流應(yīng)力的測(cè)量不同一次風(fēng)率下軸向和切向湍流正應(yīng)力無因次分布如圖3，湍流正應(yīng)力在射流發(fā)展初期表現(xiàn)強(qiáng)烈的非均勻性和各向異性，軸向和切向的湍流輸運(yùn)能力較強(qiáng)，徑向的湍流脈動(dòng)在初期數(shù)值較小，而隨著氣流向下游擴(kuò)展才有所增加?；亓鲄^(qū)內(nèi)部湍流應(yīng)力小、脈動(dòng)強(qiáng)度較弱，回流區(qū)邊界和旋流二次風(fēng)主流內(nèi)部湍流應(yīng)力高，因此在旋轉(zhuǎn)射流發(fā)展初期，回流區(qū)邊界附近是湍

5、流正應(yīng)力水平較高的區(qū)域。這里傳熱、傳質(zhì)強(qiáng)度大并且煙氣溫度高，是燃燒反應(yīng)的有利區(qū)域。由于氣流的擴(kuò)展和湍流輸運(yùn)作用，湍流脈動(dòng)水平不斷衰減，射流后期湍流脈動(dòng)趨于各向同性。由圖3可見，適當(dāng)加大一次風(fēng)率，提高了一次風(fēng)出口徑向動(dòng)量，正應(yīng)力的峰值沿徑向向外移動(dòng)，湍流脈動(dòng)強(qiáng)度提高，r1＝30％時(shí)氣流出口處的湍流脈動(dòng)強(qiáng)度比較r1＝195％時(shí)提高了近1倍，有利于提高一、二次風(fēng)之間的傳熱、傳質(zhì)強(qiáng)度和氣相揮發(fā)分的湍流化學(xué)反應(yīng)速度，強(qiáng)化了燃燒反應(yīng)過程。繼續(xù)提高一