卧式生物质燃烧机的研究

文中对四角布置的卧式生物质燃烧机进行了试验研究和理论分枥j并与WR燃烧器进行了对比性研究。结果表明：卧式浓淡燃烧器比WR燃烧器的着火提前、着火稳定性的调节范围更宽广。同日寸．深入分析了生物质燃烧机稳定着火的机理，对最  佳生物质粉浓度进行了定量分析，计算结果与本试验数据的偏差为17.4%。
    卧式浓淡燃烧器具有良好的低负荷着火稳定性、防止结渣和高温腐蚀以及低NO。排放特性，因而应用广泛。但到目前为止，对卧式浓淡燃烧器的基础研究数据尚不足[1]，本文对卧式浓淡燃烧器进行了深入的研究，并与相同喷口戴面和相同结构尺寸的WR燃烧器进行了对比性分析。
2试验简介
    图1是1MW的锅炉试验台系统图。锅炉的炉膛是向下布置的，炉膛横截面尺寸为770 mmX 630mm，高度为4200mm。卧式浓淡燃烧器和WR燃烧器如图2所示。试验采用宜宾无烟生物质，生物质质资料如表1所示。对于炉膛的高度，以横截面的当量直径为基准进行了无量纲化，基准取燃烧器一次风的喷口中心。炉膛温度用铂铑铂热电偶测量，数据由计算机通过IMP板采集，浓淡燃烧器的富燃料生物质粉气流的生物质粉浓度与淡燃料生物质粉气流的生物质粉浓度之比定义为浓淡燃烧器的生物质粉浓度浓淡比（简称浓淡比）。
3试验结果与分析[1】
    图3是卧式浓淡燃烧器燃烧宜宾无烟生物质时，在不同的浓淡比条件下炉膛中心的烟气温度沿高度的分布曲线。从图上可以看出，当一次风的浓淡比从1.1增大到4. 92，炉膛中心火焰温度以及炉膛中燃烧器区域的温度卧式随之增大，并达到最   大值，然后，随着浓淡比继续增大到6. 08，炉膛的火焰中心温度以及炉膛的温度卧式都降低了
    富燃料生物质粉气流的生物质粉浓度与炉膛火焰中心温度的关系如图4所示，从图上看出，卧式浓淡燃烧器的富燃料生物质粉气流的生物质粉浓度为1. 03 kg/ k9(C/A)时，炉膛的火焰中心温度为最  高。分，因此，水平浓淡燃烧生物质粉浓度的关系器的着火以及炉膛中的温度分布主要是由它的富燃料生物质粉气流决定的。随着浓淡比的增加，即富燃料生物质粉气流的生物质粉浓度增加，在富燃料生物质粉气流的着火区域，一方面是挥发分的浓度也在增加，生物质粉气流的着火温度就降低‘p 5]，生物质粉气流的着火热需求有臧小的趋势；另一方面是富燃料生物质粉气流中生物质粉量的增加，生物质粉气流的着火热需求有增大的趋势。这两种因素的共同作用就使得其在某一生物质粉浓度时，生物质粉气流的着火热需求为最小，生物质粉气流的着火点离喷口最近，炉膛的温度卧式最  高，该生物质粉浓度就称为卧式浓淡燃烧器富燃料生物质粉气流的最  佳生物质粉浓度，此时的浓淡比就是卧式浓淡燃烧器的最  佳浓淡比。
    通过试验与分析，u卧式浓淡燃等烧器的最   佳主浓淡  比萎4. 92，卧式浓淡燃烧器富燃料生物质粉气流的最  佳生物质粉浓度1. 03  kg/ kg
    图6是WR燃烧器燃烧宜宾无烟生物质时炉膛中心烟气温度沿高度的分布与浓淡比之间的关系曲线。WR燃烧器的富燃料生物质粉气流的生物质粉浓度与炉膛火焰中心温度的关系如图7所示。

    根据与  1200卧式浓淡燃，烧器相类似豳的分析和试. 1100验可知，笺WR燃烧器的最  佳浓淡  1000比为4. 68，它的富燃料生物质粉气流的    粉浓度的关系最  佳生物质粉浓度为1. 02 kg/ k9(C/A)。
    在WR燃烧器试验的各个工况下，由于炉膛温度卧式相对较低，着火点相对推迟，对于浓淡比为2. 16和6.08的工况，炉内温度分布显示出燃烧已处子不正常状况即WR燃烧器对浓淡比敏   感。
    对比图4和图6，进一步发现在相同的试验条件下，(1)卧式浓淡燃烧器的炉膛温度卧式比WR第1期安恩科等．卧式生物质燃烧机的研究    。39。燃烧器的炉膛温度卧式要高100℃左右；(2)卧式浓淡燃烧器的炉膛火焰中心位置，在最  佳生物质粉浓淡比运行日寸，无量纲高度为Q 583，在远离最   佳生物质粉浓淡比运行时，无量纲高度为0. 965;而WR燃烧器的炉膛火焰中心位置，在最   佳生物质粉浓淡比运行日寸，无量纲高度为Q 965;在远离最   佳生物质粉浓淡比运行时，无量纲高度大于Q 965。
    这是因为，对于一次风富燃料喷口，一方面卧式浓淡燃烧器的喷口高度是WR燃烧器喷口高度的2倍多，富燃料射流与高温烟气的卷吸量向火侧大于背火侧，而且向火侧所特有的上游旋转火球对富燃料射流的冲击混和对着火热的贡献很大，所以，富燃料射流与高温烟气的热交换速度，卧式浓淡燃烧器的比WR燃烧器的较大；另一方面，卧式浓淡燃烧器的喷口宽度不及WR燃烧器喷口宽度的一半，所以，在横向、卧式浓淡燃烧器富燃料射流的轴线浓度，卧式浓淡燃烧器的比WR燃烧器的衰减快，即质量交换强烈。
4最  佳生物质粉浓度的定量分析
    生物质粉气流的着火热Q/:
    Q/=所女（Ck+ tj-Ce）（死  To）    (1)
    生物质粉气流的生物质粉浓度与着火温度的关系参照文献[4]，由绝热系统中生物质粉气流的燃烧给出。
    释热‘5]由T式决定
    D1(0)一∥( r+eu0)    (2)
    散热由下式决定
    D2(e)一(eOOB)/0    (3)
    式中：e—RT/E无量纲温度，E为生物质的活化能，R-气体常数，OOB -生物质粉着火时的气体无量纲温度；生物质粉浓度（kg。。．k嘶1 J图7着火热与生物质粉浓度的关系
    r一ko/d，ko-生物质的动力常数，仅一空气质量交换系数；
    0一Rqu/ (ECp)无量纲折算发热量，q-对应1摩尔空气生物质的发热量，弘一生物质粉浓度，Cp-空气比热；
    在稳定工况下：
    Ol(e)一02(e)(4)
    当生物质粉气流到达着火状态时：

    d(D1(e))／de—d(02(O》/d0    (5)
    对式(1)、(4)、(5)联立求解，就可得到生物质粉气流的着火温度与生物质粉浓度的关系。本文对宜宾无烟生物质的燃烧进行了计算，计算参数参照文献[6]，计算结果如图7所示。该计算结果也证明了浓淡燃烧器富燃料生物质粉气流的最  佳生物质粉浓度的存在。对宜宾无烟生物质、其最  佳生物质粉浓度的计算值为0. 85 kg/ kg( C/A)左右。
    此值与宜宾无烟生物质最   佳生物质粉浓度的试验结果偏差为17.4%。
5结论
    在本文的试验条件下：
    (1)卧式浓淡燃烧器的炉膛温度卧式明显提高卧式浓淡燃烧器比W燃烧器的着火提前；

    (2)卧式浓淡燃烧器对浓淡比的变仳不敏  感，水平浓淡燃烧器比宽调节比WR燃烧器稳定着火的范围更宽广。

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