生物質(zhì)燃燒機內空氣動(dòng)力場(chǎng)的實(shí)驗研究

    為了考查生物質(zhì)燃燒機的空氣動(dòng)力特性，對實(shí)際燃燒機進(jìn)行了流場(chǎng)測定．從燃燒空氣動(dòng)力學(xué)角度對實(shí)驗結果進(jìn)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(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(zhù)火和火焰穩定．

    開(kāi)發(fā)和應用生物質(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)力工況對生物質(zhì)的著(zhù)火和穩定燃燒不甚有利，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(zhì)的高效燃燒，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(fēng)，使室內氣流強烈旋轉從而造成高溫氣體回流，不斷補充點(diǎn)火熱源，這種燃燒機對生物質(zhì)的著(zhù)火和穩定燃燒起了很大作用C3J，在較低的窒氣過(guò)剩系數下燃燒效率就可達到99%以上[4]．本文對燃燒器進(jìn)行了冷態(tài)流場(chǎng)測定，從燃燒空氣動(dòng)力學(xué)角度進(jìn)行了分析討論，對實(shí)際旋風(fēng)室的空氣動(dòng)力場(chǎng)及其規律有了深入的了解．

2實(shí)驗裝置與方法

    圖l為所設計的旋風(fēng)筒及冷態(tài)測試裝置示意圖，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180。布置的切向風(fēng)口引入．旋風(fēng)室底部設一圓臺形煙氣出口，形成底部環(huán)室．旋風(fēng)室內襯為重質(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(jiǎn)體軸線(xiàn)方向流動(dòng)的被迫作旋轉運動(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．一般在旋風(fēng)室空氣動(dòng)力場(chǎng)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(chǎng)C5J．本實(shí)驗僅測平面流場(chǎng)．測量采用東方汽輪機廠(chǎng)制造的三孔圓柱探針，其直徑為4 mm，對測點(diǎn)的流動(dòng)干擾很小，具有較大的方向靈敏性，且操作、計算簡(jiǎn)便可靠，測量精度與激光多普勒風(fēng)速儀相近C6J．

2.2測試方法

    本實(shí)驗在旋風(fēng)筒徑向上選取5個(gè)測點(diǎn)．測量時(shí)探針?lè )謩e伸入室內5，25，45，65及85mm，對應的測點(diǎn)的無(wú)因次半徑r/Ro分別為0.94，0.71，0.47，0.24和0．通過(guò)對高度上4個(gè)不同截面的各測點(diǎn)的測量，即可獲得燃燒機內的流場(chǎng)分布．截面位置以無(wú)斛次距離Z（與噴嘴出口距離／總長(cháng)）表示，4個(gè)截面自上到下的無(wú)因次距離分別為0.25，0.50，0.75，1.00．

    冷態(tài)實(shí)驗中可調節的工況參數有風(fēng)量和一二次風(fēng)的比例．由于生物質(zhì)的燃燒對空氣過(guò)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(guò)程對氧的依賴(lài)性不大，且空氣量的多少并不影響空氣動(dòng)力場(chǎng)的變化規律，對煤漿量在40--80kg／h的范圍空氣過(guò)剩系數禮選宅在0 .60-0.85之間，一次風(fēng)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(jìn)行了測定．

3實(shí)驗結果及討論

  3.1切向速度分布規律

    正是由于空氣圍繞旋風(fēng)筒中心線(xiàn)旋轉，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．切向速度分布對燃燒過(guò)程和液態(tài)排渣是至關(guān)重要的．

   所示為在光滑的旋風(fēng)筒模型中測得的切向速度分布[”．是本實(shí)驗測得的典型的切向速度分布曲線(xiàn)．圖中VO/VOi，；為無(wú)因次切向速度（相對于入l|j速度）．由圖可見(jiàn)，兩者有些類(lèi)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(gè)曲線(xiàn)呈“雙峰”．這說(shuō)明旋風(fēng)筒的壁面粗糙度對切向速度的影響很大．

  ZL生物質(zhì)燃燒機 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(shí)現機械加料，配有鼓風(fēng)機、引風(fēng)機進(jìn)行機械通風(fēng)，并裝有刮板式出渣機實(shí)現自動(dòng)出渣。該爐前后拱采用新型的節能技術(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(guò)后拱折射向上通過(guò)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(guò)后煙箱進(jìn)入省煤器，由引風(fēng)機抽引通過(guò)煙道至煙囪排向大氣。