生物質(zhì)燃燒機(jī)內(nèi)空氣動(dòng)力場的實(shí)驗(yàn)研究

    為了考查生物質(zhì)燃燒機(jī)的空氣動(dòng)力特性，對(duì)實(shí)際燃燒機(jī)進(jìn)行了流場測(cè)定．從燃燒空氣動(dòng)力學(xué)角度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析．結(jié)果表明，切向速度分布由于壁面粗糙度的影響而偏離模型情況；壁面粗糙度和二次風(fēng)弱旋流造成了雙環(huán)形回流的軸向速度分布，有利于生物質(zhì)的著火和火焰穩(wěn)定．

    開發(fā)和應(yīng)用生物質(zhì)是工業(yè)爐窯以煤代油和充分利用煤炭資源的有效途徑，目前生物質(zhì)的燃燒裝置大多采用噴流床或管式爐[-，2]．這些燃燒設(shè)備中生物質(zhì)的燃燒均屬于火炬燃燒，其空氣動(dòng)力工況對(duì)生物質(zhì)的著火和穩(wěn)定燃燒不甚有利，且由于氣流與燃料的混合程度和燃燒強(qiáng)度不是很高，很難達(dá)到生物質(zhì)的高效燃燒，因此，筆者設(shè)計(jì)研制了一種燃燒機(jī)，采用旋轉(zhuǎn)的霧化空氣及二次風(fēng)，使室內(nèi)氣流強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)從而造成高溫氣體回流，不斷補(bǔ)充點(diǎn)火熱源，這種燃燒機(jī)對(duì)生物質(zhì)的著火和穩(wěn)定燃燒起了很大作用C3J，在較低的窒氣過剩系數(shù)下燃燒效率就可達(dá)到99%以上[4]．本文對(duì)燃燒器進(jìn)行了冷態(tài)流場測(cè)定，從燃燒空氣動(dòng)力學(xué)角度進(jìn)行了分析討論，對(duì)實(shí)際旋風(fēng)室的空氣動(dòng)力場及其規(guī)律有了深入的了解．

2實(shí)驗(yàn)裝置與方法

    圖l為所設(shè)計(jì)的旋風(fēng)筒及冷態(tài)測(cè)試裝置示意圖，一次空氣經(jīng)霧化噴嘴從軸向引入旋風(fēng)室，二次風(fēng)由兩個(gè)相對(duì)180。布置的切向風(fēng)口引入．旋風(fēng)室底部設(shè)一圓臺(tái)形煙氣出口，形成底部環(huán)室．旋風(fēng)室內(nèi)襯為重質(zhì)高鋁混凝土加鎂砂搗制而成。

    由于切向二次風(fēng)射流受到筒壁的約束，在沿簡體軸線方向流動(dòng)的同時(shí)，被迫作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而氣流在徑向上的遷移分量很小，僅在筒體的個(gè)別部位才有較明顯的徑向速度值．因而，一般在旋風(fēng)室空氣動(dòng)力場的研究中，氣流徑向遷移速度予以忽略，僅側(cè)重于切向和軸向速度場C5J．所以本實(shí)驗(yàn)僅測(cè)平面流場．測(cè)量采用東方汽輪機(jī)廠制造的三孔圓柱探針，其直徑為4 mm，對(duì)測(cè)點(diǎn)的流動(dòng)干擾很小，具有較大的方向靈敏性，且操作、計(jì)算簡便可靠，測(cè)量精度與激光多普勒風(fēng)速儀相近C6J．

2.2測(cè)試方法

    本實(shí)驗(yàn)在旋風(fēng)筒徑向上選取5個(gè)測(cè)點(diǎn)．測(cè)量時(shí)探針分別伸入室內(nèi)5，25，45，65及85mm，對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)的無因次半徑r/Ro分別為0.94，0.71，0.47，0.24和0．通過對(duì)高度上4個(gè)不同截面的各測(cè)點(diǎn)的測(cè)量，即可獲得燃燒機(jī)內(nèi)的流場分布．截面位置以無斛次距離Z（與噴嘴出口距離／總長）表示，4個(gè)截面自上到下的無因次距離分別為0.25，0.50，0.75，1.00．

    冷態(tài)實(shí)驗(yàn)中可調(diào)節(jié)的工況參數(shù)有風(fēng)量和一二次風(fēng)的比例．由于生物質(zhì)的燃燒對(duì)空氣過剩系數(shù)的變化不如煤粉那么敏感；水蒸氣與碳?xì)饣磻?yīng)的存在，使總的燃燒過程對(duì)氧的依賴性不大，且空氣量的多少并不影響空氣動(dòng)力場的變化規(guī)律，因此對(duì)煤漿量在40--80kg／h的范圍空氣過剩系數(shù)禮選宅在0 .60-0.85之間，一次風(fēng)率Fi在is-90%范圍內(nèi)．分別對(duì)采用旋流數(shù)S為0，0.34，0.55和0.73的噴嘴的工況進(jìn)行了測(cè)定．

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

  3.1切向速度分布規(guī)律

    正是由于空氣圍繞旋風(fēng)筒中心線旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心作用，使燃料顆粒被拋到旋風(fēng)室壁的熔渣膜上，才使燃燒得以進(jìn)行．因此，切向速度分布對(duì)燃燒過程和液態(tài)排渣是至關(guān)重要的．

   所示為在光滑的旋風(fēng)筒模型中測(cè)得的切向速度分布[”．是本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的典型的切向速度分布曲線．圖中VO/VOi，；為無因次切向速度（相對(duì)于入l|j速度）．由圖可見，兩者有些類似，但也有較大的差異．切向速度在近壁處出現(xiàn)第二峰值，使整個(gè)曲線呈“雙峰”．這說明旋風(fēng)筒的壁面粗糙度對(duì)切向速度的影響很大．

  ZL生物質(zhì)燃燒機(jī) 生物質(zhì)臥式熱水鍋爐，是一種臥式三回程水火管混合式鍋爐，在鍋筒內(nèi)布置一束螺紋煙管。爐膛左右二側(cè)裝有光管水冷墻。采用輕型鏈條爐排實(shí)現(xiàn)機(jī)械加料，配有鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，并裝有刮板式出渣機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出渣。該爐前后拱采用新型的節(jié)能技術(shù)爐拱。燃料從料斗落到爐排上，進(jìn)入爐膛燃燒后，火焰經(jīng)過后拱折射向上通過本體兩側(cè)燃燼室折向轉(zhuǎn)到前煙箱，再由前煙箱折回鍋內(nèi)管束，通過后煙箱進(jìn)入省煤器，然后由引風(fēng)機(jī)抽引通過煙道至煙囪排向大氣。