陕西压块燃烧器必看
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．
本生设计的混和器是用燃气射流来卷吸空气形成预混，而后预混气体通过喷嘴被点燃，这就是现在所说的大气式生物质燃烧机（图2）。它只能预混理论空气的40%左右，剩下的部分由喷嘴周围区域供给。这种生物质燃烧机主要用于有大量自由空气的环境中。4生物质燃烧机改造对锅炉热力特性的影响
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．
摘要生物质半补强炉黑是我国发民较早的一个炭黑品种，也是天然气早期加工开发的初级化工产品之一。本文从生产实践出发，探讨了以天然气为原料生产半补强炉黑的燃烧过程的基本规律，总结了生物质燃烧机设计应用的基本经验，阐述了生物质半补强炉黑在现行工艺条件下，提高生物质燃烧机内生物质和空气的混合效率及旋流强度是提高炭黑收率，节约能源的有效途径。并论证了生物质燃烧机的变革过程的理论依据以及经济效果，为生物质半补强炉黑进一步提高生产效率提供了实验结果．
本文正开展生物质燃烧机法测试的燃速和发动机法测试的燃速相关性研究以期提高生物质燃烧机法测试精确度。 (1)在炉膛不同高度处，风、粉气流形成3层棋盘式布置的旋转流场。随着炉膛高度的增加，温度场与流场的协同性不断减弱。
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。2.2.1 生物质燃烧炉给粉方式的影响
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，
生物质燃烧机的原理、作和选择
生物质燃烧机法的基本原理是利用压强_时间曲线换算成压强一肉厚曲线，再计算出压强一燃速曲线。 上述两个案例锅炉运行中基本满足上述腐蚀条件：入厂煤高硫煤较多，超出设计煤种的数量占80%以上，其中硫份大于1.5%的入厂煤数量达到35%以上。尤其是在低no。燃烧器改造后，炉膛上部燃烧份额增加，火焰温度较高，在高负荷运行时，烟气温度可达到1 000℃以上，管内工质温度达到450℃左右，屏式再热器和后屏过热器上附着了较多的薄渣层，达到硫腐蚀的温度条件，形成垢下硫腐蚀。 目前已采用的多种新型低nox生物质颗粒燃烧机，其抑制原理大都是采用促进混合，分割火焰，烟气再循环，阶段燃烧，浓淡燃烧以及它们的组合形式。阶段燃烧可以降低燃烧温度，允许火焰有辐射热损失。空气分段生物质颗粒燃烧机就是依照这个原理工作的。首先只有一部分空气与燃气接触，形成了富燃低温火焰，这种火焰允许燃气在完成燃烧过程之前释放部分热量；燃料分段生物质颗粒燃烧机则是燃气流被分开，所以在生物质颗粒燃烧机运行的早期是贫燃的，剩下的燃气通过一个小的通道加入到火焰的下游，这时火焰已经放出了部热量并且降诋了温度；此外在火焰达到高燃烧温度之前，向火焰内注射一些热阻性物质（运用广泛的是冷的燃气）也可以减少nox的排放，这就是燃气再循环技术。助燃空气的低氧含量也可以降低火焰温度，称其为空气损伤，这个技术通常采取烟气与空气的混合，使空气的氧含量被稀释到18%～19%。一些预混式生物质颗粒燃烧机在此过程中获得了新生，贫燃预混生物质颗粒燃烧机在很接近贫燃稳定极限的状态下工作，形成了低nox排放且相对冷的火焰[4]。陕西
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
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。 选用燃油器往往过于比较价格，而很少注意效率。首先，选定的生物质燃烧炉必须与每个单独设备相适应，其设计须满足设备的需要。选择生物质燃烧炉，原则上必须考虑几方面的设计依据。 一般来讲，外观检查生物质颗粒燃烧机所生成的火焰，可发现燃烧系统的故障。火焰的特征能说明生物质颗粒燃烧机是否处于有效工作状态。表l为外观检查指南。 以上分析表明，多数情况下，生物质燃烧机改造后空气分级导致对流受热面吸热增加，尤其是再热器吸热增加，壁温升高，增大了屏式受热面高温腐饨发生的风险。而且空气分级后，煤粉颗粒燃烧距离将加长，导致炉顶屏式过热器底部挂焦，表面温度较高，进一步形成了腐蚀条件，增加了腐蚀的危险。2 高温硫腐蚀案例3 1测试原理
陕西 （3将事先准备好的研磨板与冷凝器密封面进行试装（图2l并用千斤顶调节研磨板与密封面的中心，以防止密封面发生偏磨。 这两种腐蚀形态都具有碱焦硫酸盐的熔盐高温腐蚀特征，主要是由硫酸盐的熔盐腐蚀造成。二者不同之处可能是由管壁温度及腐蚀程度的不同所造成。通过壁厚的测量发现，其中图3(a)壁厚更薄，腐蚀情况更严重，表面大部分已是蓝灰色。图3(b)管壁氧化层较厚，颜色也略显暗红，可能由于管材本身在受到腐蚀时也在逐步生成氧化保护层，而且氧化层生成的相对速度比图3(a)中的要快。
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。1引 言陕西