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生物质燃烧机几何相似模型

2018-9-12 9:27:28 来源: 劳博机械 编辑: 杨小姐 人气:
摘要:生物质燃烧机几何相似模型

  生物质燃烧机几何相似模型

  为了使试验结果尽可能接近真实燃烧过程,本文提出一种适用于非等温射流的生物质燃烧机几何相似模型。

  引 言

  在切圆燃烧炉膛中,实际燃烧过程有如下现象:当60~200℃的煤粉气流离开一次风喷口后,由于吸收来自炉墙和火焰的辐射热及卷吸周围高温烟气的对流热,在距出口一定距离的地方便开始着火温度急剧上升,气流中的含氧量迅速下降,烟气中的二氧化碳含量则迅速增加,在燃烧初期的0。2秒内,将烧掉煤粉量的80%,这是燃烧最激烈的阶段,随着燃烧,过程的继续发展,在切圆燃烧炉膛内形一个旋转上升的火柱,煤粉颗粒逐渐燃尽。

  研究煤粉气流的着火、燃烧过程和热态空气动力特性,通常采用冷态等温模化的方法,但是,、用冷态试验完全模拟上述的燃烧过程是比较困难的,模拟的结果与实际过程总有一定的距离,现在的问题是如何使试验结果更接近于实际。

  根据相似理论,凡两种物理现象的同名无因次量,在几何相似的空间点上应全部相等,若边界条件得到满足,这两种物理现象则完全相似.事实上.完全满足边界条件是不容易的,在锅炉炉膛模化中,一般只满足以下三个具体条件:(1)模型和原型维持几何相似;(2)气体流动处于第二自模区,(3)燃烧器出口的气流动量比相等,

  在国产400T/H锅炉炉膛韵模化中,严格遵守了这三个条件,但是它的试验结果和实际热态空气动力特性仍有较大的区别。在炉膛中心,气流有明显地向下倒流运动,这在实际过程中是不存在的。这是因为“纯几何相似,的模化方法,完全没有考虑燃烧引起的气体膨胀,忽略了气体容积的变化,

  为了模拟煤粉燃烧引起气流密度的变化,Thring-Newby提出【引,模型燃烧器的截面应按关系式放大.式中,f、f o-模型燃烧器和原型燃烧器的截面积;po-送入燃烧器的空气密度;pD——炉膛特征截面处的烟气密度;L-模型缩小比例,本文一九八三年一月二十三日收到.华中工学院学报

  这个法则的物理本质,是将已着火并燃尽的烟气,全部从燃烧器送入炉膛。事实L,媒粉气流并不是一出燃烧器喷口就完成了整个燃烧过程,因此,仍有一定误差。

  Zelkowski则提出,将适当放大的燃烧器后移一段距离,使射流的初速度w o和炉膛特征截面的平均流速“之比,满足均时性准则…,即…

  这样,冷态和热态射流的形状及速度分布就比较相似。

  图1(口)表示纯几何相似、Thring法放大和Zelkowski法放大生物质燃烧机的喷口布置与射流形状的不同.图l(b)表示速度衰减特性的变化.由图可看出,Thring法放大的结果,使射流外边界与燃烧射流相符合,但射流的核心区拉长‘『.纯几何相似燃烧器的射流核心区过短,其外边界又没有扩展,误差较大.而生物质燃烧机的射流核心区,模拟了热态气体膨胀的特点,比纯几何相似前移k,,燃烧器的放大倍数比Thring法为小.

  模化时,根据模型与原型的相对射程和相对速度包围的面积,由下式可确定速度分布

  现在的问题是,能否保持生物质燃烧机的优点,特别是模型和原型的速度分布相似(d=0),又能满足燃烧初始段相似的要求.这是问题的核心.原型燃烧器喷口总面积为

  这样求得的-二、:.二,三次风速,能够满足模型与原型燃烧器气流动量比相等的要求,

  根据以上推导结果,对DG300/100--1锅炉燃烧器及炉膛用两种模化方法进行了计算.该锅炉出力为300T/H,直流式燃烧器为四角布置,炉膛深度与宽度分别为A=729iimm和B=8832mm,高度H。73iomm,模型缩小倍数L=12.3,燃煤耗量B,.=35.,I×103kglH,汁算燃料消耗量Br:3 l×ioskg,…,每公斤燃料产生的烟气量V,=7.802Nm。,kg.

  计算结果(如图2)表明:代用气流速度w==39。 92m/s,代用燃烧器高宽分别为2bl/= 58。 2mm和H/v= 273mm,后移距离CJ。/= 50mm。按照几何相似计算的模型燃烧器宽度为58。 8mfn,高度为467mm,高宽比等于7。7,和原型相同。一、二、三次凤动量比M。:M。:M3 =1:3。32:】。28,也和原型相同。通过燃烧器的空气量占总风量的81%。炉底风占19%(模拟上升气流)。

  以上事实表明,生物质燃烧机几何相似模型,既维持r燃烧器的外形和尺寸的几何相似,又满足一、二、三次风动量比相等的要求,保证了动力相似.加入19%的炉底风,维持了炉膛内均时性准则相等.由此可见,生物质燃烧机几何相似模型,是一种用等温模型模化非等温射流的切实可行的方法.


 
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