煤粉层流火焰传播速度的实验研究优秀毕业论文 参考文献 可复制黏贴.pdf

工学硕士学位论文 煤粉层流火焰传播速度的实验研究 杨永绍 哈尔滨工业大学 2006 年 7 月 国内图书分类号：tq534 国际图书分类号: 621 工学硕士学位论文 煤粉层流火焰传播速度的实验研究 硕士 研 究 生： 杨永绍 导师： 李争起 教授 申请学位级别： 工学硕士 学 科 、 专 业： 热能工程 所 在 单 位： 能源科学与工程学院 答 辩 日 期： 2006 年 7 月 授予学位单位： 哈尔滨工业大学 classified index：tq534 u.d.c.:621 a dissertation for the degree of m. eng. the experimental research of propagation of laminar pulverized coal-air flames candidate： yang yongshao supervisor： prof. li zhengqi academic degree applied for： master of engineering specialty： thermal energy engineering date of oral examination： july, 2006 university： harbin institute of technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 现阶段煤的利用以煤粉燃烧为主，而对煤粉层流火焰的研究，是煤粉燃 烧研究中的重要内容，它是研究湍流火焰的基础。所以，对层流火焰传播速 度的研究，理论上和应用上都具有重要的意义。 本文建立了煤粉层流火焰传播速度实验台，自行设计出了满足实验要求 的给粉系统。由于给粉器的重要性，作者先后尝试了四种给粉装置，在实验 中发现，仅靠重力给粉和振动给料很容易发生堵料，给粉不均匀且给料量很 大，大于 100g/min。反复尝试并标定四种方案，最后选定重力加上振动并 用向上气流携带煤粉的给粉装置，最终的给粉量控制在了 5g/min20g/min， 较好的满足了实验要求。 针对烟煤，研究了煤粉浓度、粒径、一次风预热温度、液化气存在对火 焰传播速度的影响。得出以下的结论：对 045m 的煤粉，随着煤粉浓度从 363mg/l 增大到 923mg/l，传播速度从 39.4cm/s 增加到 44.7cm/s，又减小到 17.1cm/s；对 4563m，随着煤粉浓度从 276mg/l 增大到 1200mg/l 传播速 度从 5.4cm/s 增大到 25.0cm/s，又下降到 23.9cm/s；对 6375m，随着煤粉 浓度从 578mg/l 增大到 2025mg/l 由于最小给粉量较大，传播速度仅体现出 了峰值浓度到高浓度区的一段，从 21.6cm/s 减小到 6.5cm/s。煤粉粒径从 045m 增加到 4563m 时，峰值火焰传播速度从 44.7cm/s 减小到 25.0cm/s；粒径为 6375m 时，峰值火焰传播速度又从 25.0cm/s 减小到 21.6cm/s。当一次风加热温度低于 600时，一次风温度对层流火焰传播速 度的影响不大，对粒径为 4563m，当加热温度从 150升高到 250时， 峰值火焰传播速度仅在 21.9cm/s22.2cm/s 之间变化，各浓度对应的火焰传 播速度值的变化都在 2cm/s 之内；对粒径为 6375m，当加热温度从 150 升高到 250时，各浓度对应的速度值变化量也均在 2cm/s 之内。实验中还 发现，对高挥发分煤种，本文为烟煤，当撤走液化气，粒径为 4563m 时，火焰传播速度从 5.4cm/s 减小到 3.8cm/s；粒径为 6375m 时，火焰传 播速度从 8.3cm/s 减小到 3.9cm/s 关键词关键词 煤粉燃烧；层流火焰；浓度；粒径；预热温度 - - i 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 abstract at present pulverized-coal combustion is dominant in the use of coal. laminar flames in pulverized-coal combustion research which is the foundation of turbulence research work is the main part of coal combustion research. so it is practically and theoretically significant to make scientific researches on laminar flame propagation speeds. in this paper an experimental table was built for testing laminar flame propagation speeds and a pulverized-coal feeder that met the requirement of the testing was designed. pulverized-coal feeder was an important part in the experiment and 4 schemes were tried during the experiment. it is found in the experiment that feeding pulverized-coal just by gravity or vibrator would cause jam easily and unstable pulverized-coal feeding whose value was usually more than 100g/min. after trying 4 pulverized-coal feeding schemes, the scheme which combines gravity and vibrator and carrying air that flowed upwards was applied, and by which the quantity of pulverized-coal feeding was restricted within the limits of 5g/min20g/min, which met the requirement of the testing well. the affections of coal concentration, particle size, preheating temperature of primary air and existing of liquefied gas to propagation of laminar flames of bituminous coal were studied in this paper. following conclusions were observed: particle size within the range of 045m, the propagation of laminar flames increased from 39.4cm/s to 44.7cm/s and fell back to 17.1cm/s with coal concentration increased from 363mg/l to 923mg/l ; when diameters were within the range of 4563m, the propagation increased from 5.4cm/s to 25.0cm/s and fell back to 23.9cm/s with coal concentration increased from 276mg/l to 1200mg/l; for particle size within the range of 6375m, it is just showed the when coal concentration increased from 578mg/l to 2025mg/l, peak flames varied from 21.6cm/s to 6.5cm/s due to the large mass of feeding. when the coal diameters in the range of 045m increased to 4563m, the propagation decreased from 44.7cm/s to 40.1cm/s; and when increased to the range of 6375m, the peak propagation of laminar flame decreased from 25.0cm/s to - - ii 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 21.6 cm/s. with the temperature of primary air is less than 600, the influence of primary air temperature on propagation of laminar flame was not obvious. for pulverized-coal whose diameters were within the range of 4563m, when temperature increased from 150 to 250, the peak propagation of laminar flame merely changed in the range of 21.9cm/s to 22.2cm/s, and propagation corresponding to each concentration varied in the range of 2cm/s; for pulverized- coal whose diameters were in the range of 6375m, when temperature increased from 150 to 150, propagation of laminar flame corresponding to each concentration varied in the range of 2cm/s too. it is also discovered that for high- volatile coal with particle size in the range of 4563m,propagation of laminar flame decreased from 5.4cm/s to 3.8cm/s in the case of no liquefied gas and decreased from 8.3cm/s to 3.9cm/s for particle size in the range of 6375m. keywords pulverized-coalcombustion; laminar flames; coal concentration； particle size; preheating temperature - - iii 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 目 录 摘 要 . i abstract.ii 第 1 章 绪论.1 1.1 课题背景及研究意义 .1 1.1.1 煤粉燃烧面临的问题 .1 1.1.2 层流火焰传播速度的研究意义.2 1.2 煤粉层流火焰传播速度研究的发展.3 1.3 国内研究情况.4 1.4 国外研究情况.4 1.5 课题研究内容.6 1.6 本章小结.6 第 2 章 实验系统及实验方法 .7 2.1 实验系统.7 2.2 给粉系统.8 2.2.1 给粉方案.8 2.2.2 给粉标定.9 2.3 加热系统.13 2.4 温控系统.14 2.5 排烟系统.15 2.6 本章小结.15 第 3 章 煤粉层流火焰传播速度的实验研究.16 3.1 燃烧火焰.16 3.1.1 燃烧波的两种型式 .16 3.1.2 火焰的基本性质 .16 3.1.3 火焰传播速度的概念 .17 3.1.4 火焰传播界限 .18 3.2 煤粉层流火焰传播速度的实验测定方法.19 3.2.1 火焰几何学 .19 3.2.2 平面层流火焰法 .21 3.2.3 本生灯法.22 - - iv 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 3.3 实验过程及工况安排 .22 3.4 粒径对火焰传播速度的影响 .24 3.5 预热温度对火焰传播速度的影响.29 3.6 液化气对火焰传播速度的影响.30 3.7 对实验的意见和建议 .32 3.8 本章小结.33 结论 .34 参考文献.35 攻读学位期间发表的学术论文 .39 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明.40 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书.40 哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理.40 致 谢 .41 - - v 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第1章 绪论 1.1 课题背景及研究意义 能源是人类生存和社会发展的必要因素，是社会经济发展的基础和动 力，对保证国民经济持续快速发展和人民生活水平的不断提高起到了重要作 用,各国能源结构取决于资源、经济、科技发展等综合因素。当今在发达国 家,化石燃料（煤、石油和天然气）以及其它种类商业能源占支配地位，煤 炭资源丰富的发展中国家往往以煤为主。 我国是以煤为主要能源的国家，能源生产和消费历来以煤为主，煤炭消 费量连续十余年居世界第一位。是世界上少有的几个能源以煤为主的国家之 一。近二十年来,我国的煤炭在一次能源消费构成中约占 70%75%，1998 年 我国煤炭消费在能源结构中为 72.9%1-3。 中华人民共和国国民经济和社会发展第十个五年计划纲要明确指 出：“能源建设要发挥资源优势，优化能源结构，提高利用效率，加强环境 保护。以煤炭为基础能源，提高优质煤的比重。”因此，煤炭作为我国的主 要能源，在未来的能源工业及国民经济发展中都具有十分重要的地位，进一 步研究和开发煤的利用技术是十分关键的。 1.1.1 煤粉燃烧面临的问题 在我国的煤炭消费中，发电用煤占 60%左右。2000 年我国燃煤火电发 电装机容量 2.21 亿千瓦(占 69.3%)，发电量 10632 亿千瓦时(占 77.7%)，是 发电的主要组成部分。2020 年燃煤火电发电装机容量将达到 5.63 亿千瓦(占 58.6%)，发电量 28360 亿千瓦时(占 66.7%)3。 我国的动力用煤往往煤质较差,而且煤质多变。在煤燃烧中常见的问题 是燃烧不稳定,特别是由于电力工业对调峰的要求提高，要求锅炉在较低负 荷下运行时问题更加突出。同时燃烧时炉内结渣，排烟造成的大气污染，以 及燃用高硫煤时出现的高温腐蚀都是煤粉燃烧常见的问题4。目前我们煤粉 燃烧考虑的主要问题为以下几个： 1. 煤粉燃烧效率问题。我国发电机组的燃煤利用率和世界先进水平相 比有很大的差距，供电平均煤耗很高，大量煤在燃烧时产生的热量没有被充 - - 1 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 分利用，造成大量的浪费。 2. 锅炉稳燃问题。由于电厂燃煤来源多元化，使得锅炉用煤品质变化 频繁,且有劣化趋势，所以我国电厂用煤煤质普遍较差且多变，着火稳定性 问题特别突出。 3. 环境污染问题。我国是一个煤储量丰富的国家，能源消费结构对煤 的过分依赖导致了环境污染的加剧。煤的燃烧是造成我国大气污染的一个重 要污染源，在污染物的排放中，87%的so2、67%的nox是来自于煤燃烧5。 煤燃烧释放的nox、nox不仅污染大气，而且形成酸雨,既危害人类自身的健 康，又破坏生态环境，造成了严重的经济和生态损失5,6。 1.1.2 层流火焰传播速度的研究意义 现阶段，甚至是以后很长一段时间之内煤都将是我们国家的能源支柱， 如何提高煤的利用，节约煤炭资源，这对国家的发展，国民经济的持久发展 极为重要。同时，提高其利用效率，提高燃烧效率，减少co2 排放，控制温 室效应，减少so2和nox排放，保护环境，保证国家和经济的可持续发展， 也是中国为改善世界环境的分内之事。 煤的利用主要以煤粉燃烧为主。在锅炉燃烧中，以煤粉燃烧的形式大大 提高了煤的燃烧效率和对能源的利用效率，但煤粉燃烧技术还有很多发展的 空间，以上提到这些问题都有待解决。把煤粉和空气混合，组成一次风送入 锅炉或者是燃烧室里进行燃烧，流动的状态以湍流为主，而燃烧多为湍流燃 烧，这样的燃烧，燃料之间混合更为充分，但燃烧却非常的复杂，它涉及煤 的种类，成分，组成和物理化学特性，煤粉特性，煤粉气流的两项流动特 性，燃烧过程中的物理化学反应和传热与传质，燃烧设备的结构和特性等， 这给研究带来了许多困难。在燃烧问题中，火焰传播速度是一个极为重要的 参数，表针着燃烧内部的很多特性，对燃烧稳定性性起着重要的作用，实验 研究中国动力用煤的煤粉燃烧特性和火焰传播特性对锅炉调峰、煤粉设备的 设计和运行都具有重要的意义。更重要的是，层流火焰传播速度是研究湍流 火焰传播的基础，采用层流燃烧的研究方法可对燃料品质进行精确了解和全 面反应。而层流燃烧的研究方法与湍流相比，实验方法简单易行，实验结果 精确可靠，计算模型简单。应用层流火焰来研究燃料的燃烧品质，能够详 细，全面地了解其在不同环境下的化学反应机理。因而，对层流火焰问题的 研究，从理论上和使用上都具有重要的意义7。 - - 2 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 1.2 煤粉层流火焰传播速度研究的发展 煤粉燃烧及其火焰内部发生的物理和化学过程的机理研究，几十年来， 一直受到人们的重视，是各国研究的热点问题。而层流火焰传播速度，它的 重要性体现在能很好的描述燃烧过程中的物理和化学反应机理，是进一步的 深入研究燃烧现象的重要参数。同相气体的燃烧，长久以来，就利用 bunen 燃烧器进行研究，对气体火焰的燃烧机理了解较多。用来研究粉尘层流火焰 的方法很多，但一直没有获得统一的结论，对燃烧机理的了解程度不深，需 要研究的东西还很多。 对煤粉层流火焰传播速度的研究开始较早，起初的研究主要集中在防止 粉尘爆炸方面，直到 20 世纪初才逐渐转移到工业火焰上来。最早开始粉尘 层流燃烧研究的是nusselt，在他的研究中，认为很多因素影响着单个粉尘 颗粒的燃烧，而颗粒表面的氧气扩散过程是比较重要的一个，在他的理论 中，氧气的扩散被认为是燃烧的主导因素。他还认为，燃烧颗粒辐射热量的 扩散在大量粉尘云团中的燃烧中起着一定作用，稳定的粉尘火焰和在内部建 立三角形火焰是可以实现的。在nusselt开始研究之后，很多人都对粉尘的 燃烧进行了研究，获得了很多关于爆炸压强和粉火焰传播的成果，但关于层 流粉尘燃烧的研究却相当少，也没取得太多有价值的研究成果8。 由于缺乏粉尘燃烧基本原理的研究，对控制燃烧的原理到现在都没有 达成一致，但研究发现，热传导和分子扩散存在于气体火焰传播过程中，热 传导和分子扩散作用是否在粉尘燃烧过程中起作用，起到多大作用却没有得 到验证。普遍认可，热扩散和分子扩散在气体燃料燃烧过程中起作用，辐射 对气体燃烧火焰传播几乎不起作用。气体的燃烧，不同于粉尘燃烧那样很难 实现清洁实验，颗粒沉积，团聚和分散不均匀性都是不容易解决的问题，最 难的是燃烧时如何实现均匀给粉。 对粉尘层流火焰传播速度的研究大多是在封闭容器中或者是一定体积中 的进行的爆炸实验，压力测针布置在容器密封中。在粉尘燃烧的研究中发 现，固体颗粒粒径不均匀和团聚现象使得对煤粉层流火焰传播速度的测量极 为困难，并且点火时，有可能引起容器的另一端也着火，很难测量密封容器 中粉尘层流火焰传播速度。另外一种常用来对粉尘燃烧火焰传播速度进行研 究的装置用玻璃管制成，很好的解决了给粉稳定性和均匀性问题，成功测量 出了火焰传播速度和熄火发生的距离。火焰段是圆柱形，煤粉和空气混合物 - - 3 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 从内部流过，设定煤粉在需要浓度下，突然停止流动并点燃煤粉。这时火焰 传播，传播方向向下或者向上，取决于点火源所在的位置。在观察段作上标 记，记下火焰传播到达的时间。这种实验方法和前面所说的实验方法比起 来，实验环境清洁，测量也较为准确，但也存在自身的一些缺点，流动过程 流不能保证为准层流，给粉均匀性也没有完全解决。另外，煤粉燃烧的火焰 颜色比气体燃烧时更为明亮，火焰前沿也较厚，煤粉粒径很大都能发生突然 着火，两相流动的原理和边界层流问题又是我们很难解决的问题。 历史上对气体燃烧层流火焰传播速度测量，使用最多的就是bunsen 燃 烧器，这种实验方法对气体的研究极为方便，也获得了很多有价值的数据， 但用于煤粉层流火焰传播的测量时，煤粉在气流中的稳定性和均匀性均仍不 能得到很好的解决。真正用于测量粉尘层流火焰传播速度的方法 1960 年由 cassel最先提出，并用金属粉末铝粉和云母粉进行了层流火焰传播速度的研 究，在非理想喷嘴和平面火焰燃烧器中均建立了层流火焰。他研究发现，铝 粉层流火焰燃烧的贫限在 100g/m3到 250 g/m3之间，对于粒径小于 10 微米 的颗粒，火焰传播速度值在 18cm/s到 42cm/s之间变化，并且随着浓度的增 大，速度值随着增大；小于 30m时，火焰传播速度为 12cm/s到 25cm/s之 间，是粉尘浓度的增函数。cassel对喷嘴直径与火焰传播速度之间的关系进 行研究时发现，随着喷嘴直径的减小，速度值略微增大；在贫限和富限范围 之内，传播速度值和粉尘浓度的平方根成正比8。 1.3 国内研究情况 对煤粉的研究我国起步较晚，研究成果也很少。“七五”期间清华大学热 能工程系建立实验装置，对常温煤粉气流的层流火焰传播速度进行了实验研 究；20 世纪 90 年代初期，哈尔滨电站成套设备研究所建立了实验台，对多 种煤种，不同温度的初始温度，不同煤粉粒径等情况下的层流火焰传播速度 进行了研究；后来的华中理工大学9，南京理工大学10，浙江大学11等也 都相继做过一些这方面的论述和研究，但均是以综述性为主12,13。 1.4 国外研究情况 国外对煤粉层流火焰传播速度的研究起步很早，像美国的brigham young university14，英国的university of leeds15。他们对这方面的研究都 - - 4 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 使用了一定的火焰稳燃设备产生煤粉层流火焰。hattori用乙炔点燃煤粉和空 气的混合物，燃烧在大气压条件下进行；火焰传播速度通过空气流量和火焰 前沿的锥角来计算，在实验过程中是非绝热的，因为燃烧过程中气体和煤粒 的热量有一部分辐射到周围环境，和周围环境发生热量交换。后来ghosh等 人进行改进，把燃烧室壁加热到 1200k，以此来点燃煤粉和空气的混合物， 气流被预热到这么高的温度，包围在煤粉火焰的周围，减少了火焰向周围环 境的辐射热量。他对火焰传播速度值的计算也是通过气体流量和火焰前沿的 锥角计算得出。后来，burgoyne和long引入环形稳燃器，燃料为甲烷，空 气和煤粉的混合物，气流从上往下进行燃烧室进行悬浮燃烧，火焰和环境之 间的热辐射量同样影响着最后的煤粉火焰传播速度值16。 不同的研究者因所用的实验装置，煤质，媒粉细度，媒粉浓度等的差 异，所测的火焰传播速度值有所不同40，但总的来说，这些实验可分为两 类：. 煤粉气流喷入开放空间；. 煤粉气流喷入封闭空间，两类实验的火 焰传播速度如表 1-1，表 1-2 所示9。 表 1-1 类试验 研 究 者 火 焰 速 度（cm/s） 1020 hattori（1956） 10 burgoyne 和 long（1958） 1525 marshall 等（1964） 15 strehlow 等（1974） 1433 horton 等（1977） 表 1-2 类试验 研 究 者 火 焰 速 度（cm/s） 6580 close 等（1956） 100 csaba（1964） 32 howard 和 essenhigh 等（1967） 110190 grumer 和 bruszak 等（1971） 100 palmer 和 tonkin 等（1971） 综上可以看出，国外学者对这煤粉火焰的研究工作较多且比较深入，实 验方法主要是两种：平面层流火焰法和本生灯法。而采用火焰前沿与轴线的 - - 5 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 夹角和流量大小来计算火焰传播速度的本生灯法最为普遍。 1.5 课题研究内容 课题研究内容包括以下几个方面： 1. 搭建煤粉层流火焰传播速度实验台。这部分包括几个关键系统: 给 分系统和加热系统，给粉系统。自己设计给粉器，给粉量在 520g/min 之 间，并且能均匀给粉。给粉系统是本试验台的关键部分，性能直接就决定了 实验的成功与否。 2. 实验部分。这部分包括标定给粉量和进行试验研究，考虑煤粉浓 度、煤粉粒径、预热温度和液化气对火焰传播速度的影响。实验使用本生灯 法，测出火焰前沿的锥角，再读出气体总流量，利用相应的计算公式就可以 计算出煤粉火焰传播速度值。 1.6 本章小结 本章简述了我国现阶段煤的使用情况，以及现阶段煤使用存在的一些问 题；叙述了层流火焰传播速度研究的发展，国内和国外的一些研究进展，最 后指出煤粉层流燃烧研究对工业应用的重要指导意义。 - - 6 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第2章 实验系统及实验方法 2.1 实验系统 整个实验系统包括四个部分：给粉系统，加热系统，温控系统和排烟系 统。系统图如图 2-1 所示，实验台如图 2-2 所示。 1-给粉器 2-振动器 3-预热筒 4-储气罐 5-氮气 6-流量计 7-液化气 8-减压阀 9-照相机 10-气泵 11-储气罐 12-温控仪 13-调压器 14-风机 15-流量计 16-布袋除尘器 17-旋风除尘器 18-石英玻璃罩 图 2-1 实验系统图 实验过程为：通过给粉器把要求浓度的煤粉输送到预热筒内，煤粉空气 流从上往下运动，到达预热筒出口，也就是石英玻璃罩的入口处，煤粉和空 气的混合物被加热到所需的温度；在透明石英玻璃罩做成的燃烧室内用液化 - - 7 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 图 2-2 实验台实物图 气点火燃烧，同时拍下火焰形状。燃烧后的烟气，经过除尘设备除尘，最后 由风机抽出室外。 2.2 给粉系统 2.2.1 给粉方案 给粉系统在实验过程中起着关键作用，能否保证稳定，均匀的给粉，直 接决定了实验的成功与否。在实验台的调试过程中，因为给粉系统的重要 性，根据原理，对给粉结构进行了多次改造。 现有的给料机，种类很多：刮板给料机，螺旋给料机，重力给料机，气 力输送给料机等。刮板给料机和螺旋给料机一般用于大流量气固两相的实验 系统的给料，当用于较小浓度的给粉时，不容易实现17,18。本文实验要求 - - 8 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 流动状态为层流，所以微量给粉器的性能就直接决定了实验的成功与否。 在本实验的调试过程中，给粉器进行了下述四种方案的改进，如图 2-3 所示： 方案一：重力给粉并辅助于振动。给料速度为 200300g/min，给粉较 为均匀，重力对给粉速度影响较大，要改变煤粉浓度只能通过改变配风量来 调节一次风的浓度，在本实验系统中，当增大配风量来降低煤粉浓度达到 3000mg/l 时，管内的流动状态已经为湍流。 方案二：气力输送并辅助于震动。给料速度为 300350g/min，比重力 给粉均匀，但给粉浓度太大， 方案三：与方案二相比，加上导流板，使气流更多的冲击煤粉，给料速 度为 300350g/min 左右，标定结果显示，比方案二给粉更稳定，给粉效果 更好，但和方案二存在相同的问题：煤粉流量太大，不能满足本实验的要 求。 方案四：本方案把气流流向完全反向，与方案三相比，却有截然不同 的效果，煤粉浓度大大降低，最大给粉量为 20g/min，而且煤粉浓度容易控 制，通过改变携带气流的流量1、给粉筒里通入微量的气流形成微压力的 气流2和挡料锥体与漏斗之间的距离来调节给粉速度。当达到一个稳定的 给粉量时，最终煤粉浓度主体要通过布置一股调节气流3，来调节，也就 本实验中，煤粉浓度的变化是保持给粉器的出粉量一定，通过变化调节气流 3和2来使最终的煤粉浓度改变。 实验中，3的调节范围为 01500l/h，这样一次风中的总风量为（1+ 2+3）l/h；一次风管道为内径为 21mm的不锈钢管。为了保持流动为 层流状态，我们有r d e2300,查得干空气在 160时的运动黏度=30.0910- 6m2/s，设空气流速为u ，则有 2300= ud re （2-1） 带入数据解得29. 3um/s。 于是，管内流量应小于ud=3.290.021=0.069m3/s=4140l/h。 2.2.2 给粉标定 实验之前，把经过磨煤机研磨以后的煤粉，使用震动筛分，分为三个粒 径范围 045m，4563m，6375m，分别对三种粒径进行标定。在给粉 - - 9 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 震动器 煤粉 空气 空气 煤 粉 震动器 a) 方案一 b) 方案二 煤 粉 震动器 空气 空气 挡料锥体 空气1 煤 粉 震动器 漏斗 挡料锥体 空气2 c) 方案三 d) 方案四 图 2-3 给粉器原理图 器标定过程中，我们发现，影响给粉器送粉量的因素很多。煤粉的流动性 好，给粉量相对大点，并且给粉很顺利，不发生堵煤，这对保证给粉器给粉 的稳定性很重要。煤粉在空气中长时间放置，煤粉容易板结，其原因就是煤 - - 10 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 粉颗粒之间存在的空气量太小。所以，在每次实验之前，使用方案四的给粉 结构，把煤粉进行搅动，反复两次。 标定中发现，方案四很好的解决了细煤粉 045m的给料问题，但2的 值要求大小适中，流量小了，不足以产生微压力，仍然发生堵料现象；流量 过大则容易把煤粉层击穿，反而对给粉不利，给粉也不稳定。 经过多次实验，最后确定的2 值 为 50l/h，这时一次风管内的空气总 流量就应该为=（1+2+3）l/h，这样就可以建立对应的煤粉浓度计算 式 )/( 321 += mc （2-2） 上式中，c为一次风中煤粉的浓度，单位g/l ； 为给粉量，单位g/min； m i (i=1，2，3)为空气流量，单位l/h。图 2-4，图 2-5 和图 2-6 为1和2为 不同值时的给粉量。 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 024681012 测量顺序（次） 给粉量m（g/min） 图 2-4 粒径 045m（1=400l/h，2=50 l/h） 对每种粒径煤粉的给粉量标定，重复 10 次，最终的得到的标定曲线如 图 2-4，图 2-5 和图 2-6 所示。由统计规律得到每种粒径在1,2为定值时 的给粉量，如下表 3-1 所示。 - - 11 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 0 1 2 3 4 5 6 7 8 024681012 测量顺序（次） 给粉量m（g/min） 图 2-5 粒径 4563m（1=300 l/h，2=0 l/h） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 024681012 测量顺序（次） 给粉量m（g/min） 图 2-6 粒径 6375m（1=400 l/h，2=0 l/h） 表 3-1 各种粒径给粉量标定值 粒径(m) 1（l/h）2 (l/h)重复顺序给粉量 m(g/min) 045 400 50 10 14 4563 300 0 10 6 6375 400 0 10 13.5 - - 12 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 2.3 加热系统 加热系统如图 2-7 所示，经过给粉器，一定煤粉浓度的混合物从上到下 进入中心管，即一次风管，用252 的不锈钢管做成；50/40500 160/40 的硅碳管作为加热元件，包围在一次风管道周围，硅碳管成螺旋 状，内外连通；硅碳管加热空气，通过导热作用，热空气加热煤粉；63 2，764 的不锈钢套管位于最外层，中间通入一定量的氮气，起到保护 燃烧室内火焰形状，同时也起到了一定的隔热作用。一次风从上往下流动， 进入燃烧室时，被加热到所需的温度。多层套管外填充保温材料硅酸铝纤 维，减少散热 烟气出口 氮气 氮气 空气 空气 煤粉和空气 保温材料 热电偶 硅碳管 调制器 石英玻璃罩 中心管 图 2-7 加热系统图 损失。在加热段的末端，进入燃烧室之前， ，布置热电偶测点，及时掌握一 次风初始温度的变化。为了使流入燃烧的一次风更好的保持层流状态，在加 - - 13 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 热系统气流出口处，设有一个调制器，由多孔的石英陶瓷材料做成。 2.4 温控系统 温控系统由硅碳管，调压器，交流接触器，数显仪，热电偶组成，如图 2-8 所示。 由于实验中使用加热器是额定电压为 147v 硅碳管， 在接入 220v 电压 之前，使用调压器调压；在工作过程中，热电偶所测温度直接在数显仪中显 示，温度信号传输到交流接触器，当所测温度超过数显仪设定温度时，交流 接触器自动断电，停止加热；低于设定温度时，交流接触器接通电源，硅碳 硅碳管 热电偶 调压器 交流接触器 数显仪 图 2-8 温控系统 管开始加热。这使得实验中对初始气流的温度控制，研究初始气流温度对煤 粉火焰传播速度的影响极为方便。 在进行热态实验时，加热系统是很重要的，每次实验都必须在一定的 温度下进行，这个时候，温控系统就显得很重要，这就涉及到一个控温惯 性。本文中的温控系统控温惯性很小，温度偏差为-2+20。这很好的保 证了实验中的加热控制要求。 温控系统的温度控制范围在 1001000，在实验中，考虑到煤中挥发 分的析出温度，不同的煤种应控制在不同的预热温度，各煤种的挥发分析出 温度见表 3-4。在本实验过程中烟煤控制在 150，烟煤控制在 200，无 烟煤控制在 400。 - - 14 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 2.5 排烟系统 本实验系统的