预燃室对逆喷旋流煤粉燃烧器流场特性作用研究

作者

牛芳
单位

煤科院节能技术有限公司煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室
摘要

煤粉高效低氮燃烧技术是煤炭高效利用领域持续关注的热点。煤粉燃烧器作为煤粉锅炉的核心设备，研究适合多煤种、宽负荷条件的煤粉燃烧器设计原理及技术至关重要。逆喷射流稳燃机理大都应用在航空发动机和燃气轮机领域，在煤粉燃烧领域应用极少。前人大量研究了预燃室对旋流燃烧器流场特性的影响，但鲜见预燃室对逆喷旋流燃烧器流场影响的相关研究。为了探究预燃室对逆喷旋流煤粉燃烧器流场特性的影响规律，笔者针对一款20t/h逆喷旋流燃烧器，基于等温模化原理建立冷态燃烧器模型，利用热线风速仪和飘带法进行了流场测试和分析，结果表明：预燃室的存在不改变逆喷旋流煤粉燃烧器回流区环形的形状，但在逆喷旋流煤粉燃烧器内形成一个有利于煤粉着火的轴向速度低和湍流强度大的回流区。在X/D＜1.3区域内，由于圆锥形预燃室对气流的挤压作用，预燃室的存在对回流区的面积起到抑制作用；在1.3＜X/D＜2.3区域内，由于预燃室的导流作用，预燃室的存在对回流区的形成起到促进作用；在X/D＞2.3区域内，预燃室对燃烧器内部流场的作用减弱，可忽略不计。在预燃室的作用下，回流区最宽处的直径从0.97D降至0.86D，最大相对回流率位置从截面X/D=1后移到截面X/D=1.6处，相对回流率从1.17减小至0.99。预燃室的存在对二次风区域内的轴向平均速度和湍流度分布规律影响较大。无预燃室工况下，在X/D＜0.6区域内，速度和湍流度均出现峰值，在X/D＞1.6区域内峰值消失，内外二次风完全混合；有预燃室工况下，在X/D＜0.6区域速度沿着径向方向逐渐增大，湍流度沿着径向方向逐渐减小，在X/D＞1.6区域，速度和湍流度沿着径向方向分布均匀。预燃室的存在有利于回流区煤粉的稳定燃烧，工程应用中起到煤粉迅速着火以及难燃煤稳定燃烧的作用。另外预燃室壁面气流速度较大，刚性强，避免预燃室壁面超温或结焦现象的发生，延长了煤粉燃烧器无故障运行时间和整体的使用寿命。
关键词

预燃室逆喷旋流燃烧器烟气回流区湍流度轴向速度
基金项目(Foundation)

煤炭科学技术研究院科技发展基金项目技术创新项目（2018CX02）
相关专题

这篇文章属于煤粉工业锅炉技术专刊（20篇）
图表

20t/h逆喷旋流煤粉燃烧器示意

冷态试验系统

回流区边界

轴向无量纲平均速度

湍流度分布

相对回流率分布