贵州竹子燃烧器厂家铸造辉煌
生物质燃烧机工作原理的数值分析
摘  要：通过数值计算方法研究了弯管和文丘里管组合结构生物质燃烧机的浓淡分离特性，分析了煤粉颗粒直径和煤粉密度变化对生物质燃烧机出口浓淡分离特性的影响．结果表明：弯管和文丘里管组合结构的生物质燃烧机既可以实现浓淡分离，又可以达到煤粉浓侧气流不贴壁和中间给粉的效果；当煤粉颗粒直径为10 lum时，浓淡分离效果不明显；当颗粒直径为50 lum时，分离效果较好，并且浓度核心的大煤粉浓度随着st的增大而增大；当颗粒直径为100 lum时，随着st的增大，出现了多个浓度核心．
在空气雾化生物质燃烧机中，空气由一台外置的离心式风机供应。空气的流量必须同燃烧速率成正比，对于hauck燃油器来说，其流量每分钟大致为50-200立方英尺；每平方英寸的空气压力变动于16-32盎司之间。在安装空气管路时，必须很仔细。通常应使空气自上而下（不必垂直）或水平通向燃油器，以避免燃料油落入空气管内从而影响燃油器的正常作。空气管路不应有弯营或急弯头，以避免管内压力的不盛要损失。 随着新型、导弹和高强度材料的发展，对固体推进剂提出了高燃速及高压强下稳定工作的新要求。如动能用的脉冲发动机、反弹、高装填系数的单室双推发动机等，发动机工作压强均在lompa以上，其使用的推进剂燃速也高达50～250 mm．s'1。提高固体发动机工作压强是目前各国为提高发动机比冲而采取的重要技术途径。
  浓淡分离的生物质燃烧机越来越多地应用在大中型电站锅炉中，这种生物质燃烧机具有降低着火点、稳燃、降低no，生成量等特点．弯管和文丘里管在煤粉生物质燃烧机中都是有助于加强浓淡分离的重要结构．弯管的离心作用使煤粉气流发生分流，从而实现水平或者上下的浓淡分离，但同时也会出现浓侧煤粉气流贴壁现象．当煤粉气流通过文丘里管时，会在出口处形成中间浓、四周淡的分离效果．弯管内过分贴壁的煤粉气流势必会造成生物质燃烧机出口的侵蚀，而且较容易引起生物质燃烧机出口壁面的结焦，影响了锅炉的安全运行．为了克服弯管浓淡分离贴壁的缺点，采用弯管后接文丘里管的组合结构，既能够达到浓淡分离的效果，又能使煤粉不贴壁，达到中心给粉的目的．
  关于弯管和文丘里管的试验研究和数值模拟很多．周吴等口1采用试验和数值模拟方法研究了弯管后加装撞击式浓淡分离器的情况．荆有印等[1对管内气固两相流动进行了数值模拟．谢菲等口。对文丘里管内的气固两相流动进行了数值模拟．周志军等一1模拟了不同结构尺寸文丘里管内的气固两相流动．lee j等口1对文丘里管内的气固两相流动进行了大量的试验和理论研究．
    笔者应用fluent流体仿真软件模拟弯管和文丘里管组合结枸生物质燃烧机内的气固两相流动，研究了这种生物质燃烧机的浓淡分离特性，对比了不同密度和粒径煤粉颗粒的气固两相流动，得到这种新型的浓淡生物质燃烧机对不同煤种和粒径的分离效果，并改变燃烧器局部尺寸，研究其对生物质燃烧机性能的影响．
控制系统主要由电磁阀、火焰监测器、限位开关、主控箱、感温装置、定时开关、温度记录器和报警装置等组成。
图10为不同过量空气系数下沿炉高方向不同水平截面平均no分布曲线。根据no变化规律，可以将曲线分为4个区段，21～27 m的no浓度迅速增加区，也是a、b、c、e层煤粉投入区域，在一区域中，随着煤粉的不断投入，炉内no浓度沿炉高方向迅速增加，对比图9可以看出，这一区124机械工程学报第47卷第10期段内烟气温度也是迅速增加的，可见该区段内no浓度的增加是由于煤粉不断投入燃烧造成的。 在生物质燃烧机中点燃一蛱已知质量的试样，测出燃烧结束时的大压强，pv =wprg兀，因pⅳwp，rg己知，可求出实际的定容爆温%与理论计算（热力计算所得兀）定容爆温比较，得兀-l一at。用
1.3  边界条件
  (1)进口边界：气相采用速度入口边界条件，给定气相入口速度和修正湍流黏度，且入口速度均匀分布，平均速度uo=26 m/s，雷诺数re=765 368.
  固体颗粒都是球形且直径相同，固相给定入口质量流率．颗粒均匀分布在入口截面上，每个网格单元追踪的个体颗粒数为10个．
  (2)壁面条件：采用标准壁面函数法作近壁面处理．采用无滑移边界条件；颗粒相在壁面处满足没有能量损失的完全弹性碰撞条件( reflect)．
  (3)出口条件：气相出口采用pssure outlet边界条件；固相出口边界为逃逸边界( escape).
1.4  网格划分
  采用不同数量级的网格进行模拟计算，对网格的敏感性进行了无关性检验，终确定使用1。o×105～1.5×10 5个结构化网格．
1  数学模型和计算条件    2  结果和讨论
1.1  模型建立
    计算区域的物理模型如图1所示．图l(a)是只有弯管的情况，图l(b)是只有文丘里管的情况，图1(c)是弯管和文丘里管组合结构的情况．
1.2  数学模型和假设
  气相采用分离涡( des)模拟方法，具体方法见文献[6l-文献[9l.固相颗粒的运动方程和固相湍流采用的离散随机游动(drw)模型见文献[10l.
  针对本次研究对象的特点，考虑到气固两相流动的实际特性，进行如下假设：(1)颗粒为大小均匀的球形颗粒；气相流体为牛顿流体；各相物理性质不变．(2)流动为三维、定常、不可压缩、等温流动．(3)不考虑分子扩散和布朗运动对固体颗粒运动的影响．(4)颗粒相的体积浓度较小，可忽略颗粒间的互相碰撞作用．(5)考虑气体—颗粒间的单向耦合作用．(6)不考虑颗粒的破碎．
    为了验证模拟方法的正确性，对lee[5]的试验工况进行了数值模拟．煤粉颗粒为球形，密度为1 340 kglm;/，平均粒径为43 lum，st为3.8．图2给出了模拟结果与lee试验结果的对比，横坐标是固气比z，纵坐标是压差比，△pm和△户。分别是混合物和气体通过文丘里管的压差值．从图2可以看出，模拟结果和i．ee的试验结果近似，说明采用的模拟方法是正确的．
在一定条件下，燃气在生物质燃烧机出口处具有转向、径向和切向三个速度分量。在强旋气流情况下，生物质燃烧机出口处不仅具有很大的切向分速度，而且气流中心轴向分速度会出现负值。切向速度越大，离心力也越大。反之，庄弱，淀流情况下，生物质燃烧机出口处切向分速度很小，而轴向分速度较大。 生物质燃烧机在原燃烧器基础上进行改造，如图5所示。其中图5(a)为改造前后燃烧器喷口布置对比，主燃烧器区域燃烧器一二次风标高、喷口面积改变，部分二次风喷口增设贴壁风组件，在原主燃烧器上方6～8 m处布置4层sofa喷口，sofa喷口可同时做上下左右摆动。图5(b)与图5(c)为改造前后燃烧器射流角度的改变情况，将部分二次风射流方向由原来的大角度反切改为逆向与一次风射流方向偏置一较小角度（5。左右）。
2.1  煤粉颗粒密度和粒径变化的影响
  在图1物理模型的计算过程中，煤粉粒径为100 lum，密度为1 200 kglms.图3(a)为弯管生物质燃烧机出口的煤粉浓度分布，图3(b)为文丘里管生物质燃烧机出口的煤粉浓度分布，图3(c)为弯管和文丘里管组合结构生物质燃烧机出口的煤粉浓度分布．从图3可以看出，弯管的浓淡分离效果很好，但是高浓淡区域贴壁．文丘里管则中间浓、四周淡，浓淡分离效果较差．弯管和文丘里管的组合结构既能达到浓淡分离的效果，而且实现了中间给粉、高浓度区域不贴壁的效果．
  在模拟弯管和文丘里管组合结构生物质燃烧机内的气固两相流动时，笔者计算了3种不同直径、7种不同密度即21种工况下颗粒的st，如表1所示．
    图4表示了相对稳定后粒径为10 mm的颗粒在不同st下所对应的出口煤粉浓度，可见对于该粒径的颗粒，st（0.021-*0. 063 9）较小，颗粒有较好的跟随性．在文丘里管喉部被浓缩的煤粉气流跟随空气又回到了壁面位置．壁面上的任何位置都有煤粉分布，相对而言，在文丘里管上壁面的煤粉颗粒比下壁面多些．随着颗粒密度的增加，下部壁面聚集的颗粒趣来越少．由于流经整个生物质燃烧机的气流速度非常快，这种高re的湍流使得煤粉流呈现出一种无序形态，在出口表现为有的浓度核心在中间，有的浓度核心被吹偏在两边．总之，弯管和文丘里管组合结构对10 lum小颗粒的分离作用较差，出口下部仍然存在较大数量的煤粉颗粒，上、下浓淡分离的效果较差，
二、生物质颗粒燃烧机的故障
山东省内燃用高硫煤的比例不高，因此多年来发生屏式受热面高温硫腐蚀的情况不常见。然而近两年来，特别是生物质燃烧机改造以后，部分锅炉出现了比较明显的屏式受热面高温硫腐蚀现象，导致管壁减薄，应当引起足够的重视。通过两个高温腐蚀的案例，分析了生物质燃烧机改造对受热面吸热平衡的影响，为避免此类高温腐蚀的发生提供了设计和运行依据。o前言 燃气在喷出生物质燃烧机后与空气边混合边楼烧的方式称为扩散燃烧，扩散燃烧产生的火焰为扩散火焰。当燃气以层流状态喷出时，燃气与空气靠分子扩散进行混合，当燃气以紊流状态喷出时，燃气与空气靠紊流扩散进行混合。生物质半补强炉黑均主垅基本上属于紊流扩散混合的燃烧反应。贵州
  图5表示了相对稳定后粒径为50 lum的颗粒在不同st下所对应的出口煤粉浓度．弯管和文丘里管的组合结构使得出口煤粉浓度核心区集中在中心上部，并不贴壁．随着st的增大，与进口煤粉浓度相同的等值线逐渐收缩，颗粒更多地聚集在出口的上部．这是因为其st在1附近，此时颗粒自身的惯
力与所受到的流体拖拽力基本上处于同一个数量级．结合图6发现，对于50 lum的煤粉颗粒，其浓淡分离作用随着煤粉密度的增大而不断增强，浓度核·  626  ．
颗粒在不同st下所对应的出口煤粉浓度．随着st的增大，出口煤粉浓度核心由一个逐渐变成两个，这两个浓度核心之间的距离不断变大，并有在其下方出现第三个核心的趋势．这是因为st不断增大，颗粒自身的惯性力大于所受流体的拖拽力，颗粒表现出大颗粒特性．图7表示了密度对出口大煤粉质量浓度的影响，随着密度的增大，100 lum煤粉颗粒浓度核心的大煤粉浓度也在减小．随着高浓度区域的增大，高浓度区域有均匀化的趋势．
2.2  生物质燃烧机结构变化的影响
  为了研究生物质燃烧机结构变化对生物质燃烧机分离效果的影响，改变弯管的角度及文丘里管渐缩段的尺寸，如图9所示．图9还给出出口上半区域和出口中心线．
通过对比模拟结果，研究了生物质燃烧机性能的变化．st在1附近时，颗粒自身的惯性力与所受到的流体拖拽力基本上处于同一个数量级，所以统一采用粒径为50 lum，密度为1 200 kglm3的煤粉颗粒，文丘里管渐缩段长度l分别为250 mm、350 mm、450mm和550 mm，弯管弯曲角度d（即流向与竖直方向夹角）分别为30。、60。和90。．出口上半区域
（三）控制全自动生物质燃烧炉的控制机构是由制造厂家提供的标准设备，其设计适合于这些生物质燃烧炉，不必另选。图7所示为三类控制系统在定点温度上下的温度变化。其中，开一关控制系统的温度波动较大，而阔幅阐节系统仅含量分别占油的74.7%和84.6%。主要的成分是反式茴香脑，它在整株馏出油中占57.4%，在种子馏出油中占75.2%。整株馏出油中占1-5%的其他成分是顿式茴香脑、香芹、b一石竹烯、乙酸二氢香芹、草蒿脑和苎烯。市场上销售的食品工业用香精油的成分分析数据表明，艾伯塔洋茴香油质量相当优良， 现在流行的控制系统是调幅调节。由调幅电动机自动控制的单根杠杆运动使油和空气炔部分负载至满载都能按比例并连续地流过燃烧器。生物质颗粒燃烧机在满载和部分负载之间的用油量是通过打开或关闭油调节器来调节的。 马来西亚的科学、工业和环境部目前关注各方咖的环境污染，包括燃料燃烧设备对大气的污染。这些设备排出的烟主要含有未燃烧的碳粒。排出烟的浓度可用林格尔曼（ringel-man且）烟图（图5）作比较的方法或用空气电离技术来测定。很可能不久将怍出关于这些设备排烟浓度的部规定标准。欧洲对燃油设备排烟浓度的允许标准为林格尔曼烟图中的 以上分析表明，生物质燃烧机改造后空气量、烟气量的减少降低了过热器、再热器受热面的吸熟量，有助于降低屏式受热面发生高温腐蚀的风险。2高压强下推进剂燃速测试方法选择 (4)实验校。本方法是利用试验校正结果来修正生物质燃烧机散热损失的一种方法，由于修正直接来源于试验，因此能真实反映生物质燃烧机的工作状态，具有非常高的准确性。
贵州 为了解决上述问题，设计者对烤炉、熔炉及生物质颗粒燃烧机进行了大量不同工作区的模拟。在受温度不均匀和微火情况下出力不足所困扰的复合生物质颗粒燃烧机熔炉中，设计者在接近生物质颗粒燃烧机的地方开了些小直径的孔，助燃空气经小孔流入燃烧室形成发散冷却的同时，还在燃烧室内壁形成一层冷却保护膜，防止炽热烟气对内壁的破坏（图9）。在需要更长更亮的火焰的地方，设计者有时采取额外燃气或燃料油喷射，给火焰注入二次燃料(图10)。但这个方法有许多缺点，它可能产生黑烟，高耗油率以及烟中存在大量一氧化碳、氧气和其它一些可燃气体。 从高温腐蚀机理分析，屏式受热面高温硫腐蚀发生的条件是：1）燃煤含硫量较高，灰中碱类物质（na20或k：0）及硫酸盐的含量相对较高；2）高温造成较薄的熔渣层：3）高温烟气中的碱类物质及so，能自由扩散到管表面，并有一定浓度，附着在渣膑表面的灰粒含有未分解的硫酸盐：4）锅炉频繁启停或高低负荷交错运行，使管壁附着的渣层脱落，促进了腐蚀。
  图10表示的是不同结构生物质燃烧机所对应的出口水平中心线处的平均煤粉质量浓度．弯管角度由30。变化到60。的过程中，中心线处的煤粉平均质量浓度逐渐增加，即分布在中心线处的煤粉是增加的．结合图11可知，在此过程中煤粉向出口上半部分移动聚集，因此弯管角度为60。时，中心线处的煤粉平均质量浓度大于弯管角度为30。的情况．弯管角度继续增大，大部分煤粉已越过中心线，聚集在上半部分，因此在弯管角度为90。的情况下，中心线处的煤粉质量浓度已远远小于另外两种情况．当文丘里管渐缩段l增加时，中心线处的燥粉平均质量浓度有减小的趋势．结合图11，发现上半区域的煤粉质量浓度增加，说明随着文丘里管渐缩段的增长，煤粉浓淡分离作用增强．
  当弯管角度和文丘里管渐缩段长度l变化时，图11给出生物质燃烧机出口处上半区域的煤粉平均质量浓度曲线．由图11可知，随着弯管角度的增大，上半区域的煤粉平均质量浓度逐渐增大，即生物质燃烧机出口处上半部分布的煤粉逐渐增加，煤粉的浓淡分离现象越明显．出现这种现象是因为弯管角度越大，煤粉经过弯管时受到的离心作用越大，煤粉气流的浓淡分离作用就越明显．相对于弯管角变化带来的影响，文丘里管渐缩段长度变化的影响较小，l增大时，大角度情况下生物质燃烧机上半部的煤粉平均质量浓度先减小后增大．但结合图10可以得出，弯管与文丘里管的浓淡分离作用是相互加强的，文丘里管渐缩段越长，煤粉的积聚越明昱．
3  结  论
  (1)弯管和文丘里管的组合结构既能实现浓淡分离的效果，又能实现中间给粉和高浓度区域不贴壁的效果．
  (2)弯管和文丘里管的组合结构对10 um小颗粒的出口浓淡分离效果较差，主要是因为小颗粒的跟随性和空间弥散性较好．
  (3)弯管和文丘里管的组合结构对50 lum颗粒的出口浓淡分离效果较好．随着st的增大，出口大煤粉浓度增加，浓度区域减小且有浓缩的趋势．
  (4)对于100 mm的颗粒，出口浓度核心随着st的增大由一个变为两个，核心间的距离增加，大煤粉质量浓度减小且有平均化的趋势．
    (5)改变生物质燃烧机的局部尺寸时，弯管角度越大，煤粉气流的浓淡分离效果越明显；文丘里管渐缩段越长，煤粉的积聚作用越明显．
空气雾化生物质颗粒燃烧机可采用任何形式的控制系统，包括人工控制、半自动调幅或全自动大一小、开一关控制系统。这类生物质颗粒燃烧机设计得使油和空气按比例进入生物质颗粒燃烧机。 当燃煤中含有较多的硫及灰分中有较多的碱金屑氧化物（na20或k20）时，在高温火焰中这些碱类物质升华，其蒸气在管壁表面凝结，与烟气中的s03适当的壁温下化合成瓷釉状的碱金属硫酸盐(na2s04或k2s04)。贵州