生物質燃燒機內空氣動力場的實驗研究

    為了考查生物質燃燒機的空氣動力特性，對實際燃燒機進行了流場測定．從燃燒空氣動力學角度對實驗結果進行了分析．結果表明，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，有利于生物質的著火和火焰穩(wěn)定．

    開發(fā)和應用生物質是工業(yè)爐窯以煤代油和充分利用煤炭資源的有效途徑，目前生物質的燃燒裝置大多采用噴流床或管式爐[-，2]．這些燃燒設備中生物質的燃燒均屬于火炬燃燒，其空氣動力工況對生物質的著火和穩(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度不是很高，很難達到生物質的高效燃燒，因此，筆者設計研制了一種燃燒機，采用旋轉的霧化空氣及二次風，使室內氣流強烈旋轉從而造成高溫氣體回流，不斷補充點火熱源，這種燃燒機對生物質的著火和穩(wěn)定燃燒起了很大作用C3J，在較低的窒氣過剩系數下燃燒效率就可達到99%以上[4]．本文對燃燒器進行了冷態(tài)流場測定，從燃燒空氣動力學角度進行了分析討論，對實際旋風室的空氣動力場及其規(guī)律有了深入的了解．

2實驗裝置與方法

    圖l為所設計的旋風筒及冷態(tài)測試裝置示意圖，一次空氣經霧化噴嘴從軸向引入旋風室，二次風由兩個相對180。布置的切向風口引入．旋風室底部設一圓臺形煙氣出口，形成底部環(huán)室．旋風室內襯為重質高鋁混凝土加鎂砂搗制而成。

    由于切向二次風射流受到筒壁的約束，在沿簡體軸線方向流動的同時，被迫作旋轉運動，而氣流在徑向上的遷移分量很小，僅在筒體的個別部位才有較明顯的徑向速度值．因而，一般在旋風室空氣動力場的研究中，氣流徑向遷移速度予以忽略，僅側重于切向和軸向速度場C5J．所以本實驗僅測平面流場．測量采用東方汽輪機廠制造的三孔圓柱探針，其直徑為4 mm，對測點的流動干擾很小，具有較大的方向靈敏性，且操作、計算簡便可靠，測量精度與激光多普勒風速儀相近C6J．

2.2測試方法

    本實驗在旋風筒徑向上選取5個測點．測量時探針分別伸入室內5，25，45，65及85mm，對應的測點的無因次半徑r/Ro分別為0.94，0.71，0.47，0.24和0．通過對高度上4個不同截面的各測點的測量，即可獲得燃燒機內的流場分布．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)實驗中可調節(jié)的工況參數有風量和一二次風的比例．由于生物質的燃燒對空氣過剩系數的變化不如煤粉那么敏感；水蒸氣與碳氣化反應的存在，使總的燃燒過程對氧的依賴性不大，且空氣量的多少并不影響空氣動力場的變化規(guī)律，因此對煤漿量在40--80kg／h的范圍空氣過剩系數禮選宅在0 .60-0.85之間，一次風率Fi在is-90%范圍內．分別對采用旋流數S為0，0.34，0.55和0.73的噴嘴的工況進行了測定．

3實驗結果及討論

  3.1切向速度分布規(guī)律

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

   所示為在光滑的旋風筒模型中測得的切向速度分布[”．是本實驗測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第二峰值，使整個曲線呈“雙峰”．這說明旋風筒的壁面粗糙度對切向速度的影響很大．

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