煤粉工业锅炉燃烧器冷态流场特性试验研究毕业论文.doc

中国计量学院本科毕业设计(论文)煤粉工业锅炉燃烧器冷态流场特性试验研究毕业论文目 次致谢IV摘要VABSTRACTVI目次V1绪论11.1研究背景11.1.1我国的能源结构11.1.2工业锅炉存在的能源问题31.2工业锅炉发展现状31.2.1工业锅炉概述41.2.2国外工业锅炉燃烧方式发展现状51.3本课题研究的内容52煤粉工业锅炉燃烧器流场特性试验实验台介绍62.1低污染燃烧器实验系统简介72.2低污染燃烧器冷态实验方案简介82.2.1测点布置及测量方法82.2.2实验工况及实现方法93参数变化对燃烧器流场特性的影响93.1一次风速变化对燃烧器流场特性的影响93.1.1轴向速度对燃烧器流场特性的影响103.1.2切向速度对燃烧器流场特性的影响113.1.3回流区尺寸对燃烧器流场特性的影响123.2二次风速变化对燃烧器流场特性的影响133.2.1轴向速度对燃烧器流场特性的影响143.2.2切向速度对燃烧器流场特性的影响163.2.3回流区尺寸对燃烧器流场特性的影响163.3二次风旋流强度变化对燃烧器流场特性的影响163.3.1轴向速度对燃烧器流场特性的影响173.3.2切向速度对燃烧器流场特性的影响183.3.3回流区尺寸对燃烧器流场特性的影响183.4钝体大小变化对燃烧器流场特性的影响203.4.1钝体阻塞率轴向速度对燃烧器流场特性的影响223.4.2钝体阻塞率切向速度对燃烧器流场特性的影响223.4.3钝体阻塞率回流区尺寸对燃烧器流场特性的影响234 结论 23参考文献36学位论文数据集391绪论1.1 研究背景1.1.1我国能源结构在我国化石能源资源探明储量中，90%以上是煤炭。石油资源量约为1040亿吨，天然气资源量约47万亿立方米。在能源利用方面当然以煤为主要利用手段，尽管人们对煤炭资源大量开发，使煤炭贮存量急剧下降，但对于煤的利用在未来50年以内仍占据着主要位置1-2。在不久召开的哥本哈根会议上，认定了“防止全球平均气温再上升2”和“在2050年前全球排放量减到1990年的一半”，到2050年，煤碳减排要求世界人均能耗不高于2.5t标煤a。所以，为了响应世界各国对环境问题的号召，以及为了人类自身的生存环境的提高，节能减排，刻不容缓。调查显示，在我国对于煤炭的利用方面，很大一部分被用于锅炉燃烧，全国火力发电用煤量占全国总用煤量的1/3，所以要解决好环境问题，火电厂的用煤问题必须得到很好的解决3。为了解决工业锅炉的燃煤问题，锅炉的燃烧方式采用悬浮燃烧可以很好地提高燃烧效率。但由于磨制很细的煤粉需要大型的设备和占用大量的场地，所以国内很少采用这种悬浮燃烧方式。而在工业煤粉锅炉中燃烧器的设计是关键。由于工业锅炉的炉膛比较小，这就要要求燃烧器能组织好炉内的流场分布。通过改变一次、二次风风速和内二次风旋流强度，以及钝体流通阻塞率等参数，来研究燃烧器出口附近的流场特性4。1.1.2 工业锅炉存在的能源问题我国约有50万台工业锅炉，每年燃烧煤炭超过4亿吨，从工业煤粉锅炉的燃煤方面来看，以链条炉居多，但其实际运行效率只有65%左右，且能源利用率低，煤的浪费大， CO2、SO2、烟尘飞灰正在逐年增多。为了保护环境，许多大城市的小型工业锅炉燃用柴油和天然气。但是我国是一个贫油、少气、富煤的国家，在一次能源消费中，煤的比重远远高于世界平均水平，石油和天然气资源相对短缺，且近几年油价和气价不断上涨，所以工业锅炉仍以燃煤为主。为了解决工业锅炉的燃煤问题，锅炉的燃烧方式采用悬浮燃烧可以很好地提高燃烧效率。但由于磨制很细的煤粉需要大型的设备和占用大量的场地，所以国内很少采用这种悬浮燃烧方式。而在工业煤粉锅炉中燃烧器的设计是关键。由于工业锅炉的炉膛比较小，这就要要求燃烧器能组织好炉内的流场分布。通过改变一次、二次风风速和内二次风旋流强度，以及钝体流通阻塞率等参数，来研究燃烧器出口附近的流场特性4。在实际研究中对于燃烧器流场特性的研究可分为冷态空气动力场（冷炉空气动力场）和热态空气动力场，冷态空气动力场的研究作为热态空气动力场研究的基础和前提，是为热态而服务的；模拟冷态空气动力场是为研究锅炉结构，了解锅炉的特性，为锅炉优化结构设计和流场参数提供理论依据5-6。所以把研究锅炉冷态空气动力场特性作为重点研究对象。通过对工业煤粉锅炉燃烧器流场特性的研究，更好地分配一、二次风风量和风速，改变燃烧器的流场特性，使煤粉在炉膛内能够稳定高效地燃烧，提高了燃烧效率，同时也防止了结渣等现象7。进一步说为全国的节能减排、低碳经济、绿色煤电、绿色环境等事业做出了贡献。1.2 工业锅炉的发展现状1.2.1 工业锅炉概述根据锅炉燃烧器布置方式的不同大致可以分为直流燃烧器和旋流燃烧器。在我国的电站锅炉中，燃烧方式多是选用直流燃烧器四角布置。四角切圆燃烧方式由于采用链式着火、煤粉燃烧火焰行程长、炉内混合强烈、燃烧效率高、煤种适应广等特点，所以被广泛应用8。气流在炉内形成单切圆或双切圆的强化燃烧方式。试验通过研究中心风、二次风调整对流场影响的规律，对单台燃烧器所形成的空气动力场进行数值仿真；并进行一次风管阻力调平、二次风风门挡板调节特性及空气动力场试验，为锅炉在第1次启动和热态燃烧条件下提供调整依据，再经过比较，炉内空气动力场切圆中心与炉膛中心吻合较好，切圆椭圆度较好，仿真结果和测试结果基本吻合9-10。这些都是作为国内研究煤粉锅炉燃烧器流场特性试验的基本流程。但是，在国外一些发达国家大多采用大容量高参数锅炉，且燃烧器大多采用旋流煤粉燃烧器。燃烧器作为火力发电厂中燃烧系统的核心部件，旋流燃烧器因为能够形成中心回流区，卷吸高温烟气，促进煤粉的着火等特点，在工程上已经得到了广泛的应用11-12。旋流燃烧器的功能在很大程度上取决于旋转气流的特性，尤其是旋转气流的出口形状，旋流燃烧器出口前具有显著的回流区和涡流区，对燃烧火焰的稳定和锅炉稳定运行有重要作用。实验依据相似模化理论搭建冷态实验台，可以利用热膜风速仪测量数据，分析流场的流动情况；利用等速取样枪测量一次风的飞灰浓度；分析燃烧器一次风的煤粉浓度分布情况，通过对实验结果分析对比，从而提出最佳的解决方案13。这些都是旋流燃烧器流场特性所研究的对象。1.2.2 国外工业锅炉燃烧方式发展现状在美国、欧洲和日本等经济发达的国家，小型工业锅炉一般采用燃油和燃气锅炉，其研究也多偏向于燃油、燃气工业锅炉，其原因为：（1）油价和煤价的价格差没有我们国家这么显著。（2）对污染物的排放要求非常严格。而我国是个煤资源丰富的国家，石油和天然气资源相对短缺，所以燃煤工业锅炉在以后很长一段时间内仍然占有很大比重，因此国内大多数研究人员主要是对燃煤工业锅炉的燃烧方式进行分析、探讨14。1、层燃燃烧方式层燃炉是在工业锅炉中应用得最广泛的，其中以链条炉数量居多。层燃炉的特点是：有一个固定的或可运动的炉排，煤在炉排上铺撒成层状，形成一定厚度的燃料层，空气从炉排下送入，流经煤层并与其进行燃烧反应。大部分燃料在炉排上燃烧，只有少数细小颗粒的固体燃料和可燃气体在火床上的炉膛空间燃烧5。层燃炉的基建投资、设备投资和运行维护费用都较低，但其燃烧效率不高，锅炉平均运行效率只有65%，能源浪费严重，且污染物排放量大，在国家提出节能减排的政策形式下，显然不符合当前的发展形式。2、循环流化床燃烧方式循环流化床锅炉是近年发展起来的新一代高效、低污染、洁净煤燃烧技术。其特点在于燃料及脱硫剂在流化床状态下经过多次循环，反复地进行低温燃烧和脱硫反应，床层内气、固两相扰动强烈，混合均匀。循环流化床由于在燃烧时加入脱硫剂，所以能大大减少SO2的排放，并且采用低温燃烧，较好地抑制了NOX的生成，所以它是一种低污染的燃烧方式。由于煤燃烧时呈流化状态，所以其燃烧热强度大，锅炉平均热效率可以稳定地达到82%84%。但是循环流化床锅炉基建投资高，设备投资大，运行时锅炉磨损严重，运行维护费用高，是否采用该燃烧方式应对投资、环保、运行维护费用进行综合技术经济分析。3、火室燃烧方式燃料以粉状、雾状或气态随同空气喷入炉膛中进行燃烧的方式称为火室燃烧方式，用火室燃烧方式来组织燃烧的锅炉称为室燃炉。煤粉炉、燃油炉和燃气炉都属于室燃锅炉。国内采用火室燃烧方式的燃煤工业锅炉较少，虽然它具有较高的燃烧效率，但是由于它要求把煤磨成极细微的颗粒，煤粉来源问题没有得到有效解决。工业锅炉企业一般厂房较小，不可能实现像电厂锅炉一样的炉前制粉，如果煤粉从集中加工厂运入，煤粉运输过程中是否会产生爆炸和泄露而产生的污染这些都是需要解决的问题。而且，现在投入运行的采用火室燃烧方式的工业锅炉，污染物排放量大的问题也没有解决。针对上面室燃炉存在的问题，国内外一些学者对水煤浆燃烧进行了深入的研究。水煤浆是将经粉碎的煤粒、水、部分添加剂加入磨浆机中磨制成的一种可以流动的煤基流体燃料，是一种相对洁净的燃料。因为制造水煤浆的原煤一般经过洗选，煤种的大部分灰分和硫分已经去除，对于工业锅炉燃用的水煤浆，其典型的煤质数据为：水分30%35%，灰分6%，硫分0.5%，低位发热值19MJ/kg15。由于水煤浆具有良好的流动性和稳定性，能够像燃料油那样易于装卸、贮存、管道输送及雾化空间燃烧，一度被认为是燃油锅炉的替代品。但是水煤浆与未加水的干煤粉相比并没有显著的环保性能，其燃烧形成的飞灰颗粒和SO2并没有明显减少，它之所以是一种相对洁净的燃料，是因为制作水煤浆的原煤比较洁净。与燃用洁净煤粉相比，水煤浆燃烧更带来了不利的一面，水煤浆含水30%35%，这部分水分导致运输费用约增加30%。而燃用水煤浆的锅炉效率最高在86%左右，这是因为排烟中的水蒸气带走了可观的汽化潜热。可见，如果洁净煤粉的来源问题得到解决，它作为工业锅炉的燃料将比水煤浆更具优势。随着煤粉制备和运输技术的发展，现阶段已经具备了同时对几个锅炉用户进行专业集中制粉的能力，煤粉运送采用专用罐车，对卸粉采用全封闭风力卸粉方式，整个过程从未发生爆炸和露粉问题。整套制粉和运输设备值得借鉴。本课题针对上述存在的问题，以及燃用洁净煤粉的巨大优势，对燃煤室燃工业锅炉的燃烧器进行开发。本课题所采用的燃料是洁净煤粉，它是一种低灰、低硫的燃料，所以SO2和烟尘的排放将明显低于采用普通煤粉燃烧的室燃炉。针对日益严格的NOX排放标准，低污染燃烧器的开发成了洁净煤粉能否在室燃工业锅炉较好应用的关键。低污染燃烧器主要针对的是NOX排放浓度的降低，而且它也应该具有较好地稳燃和燃尽性能，在防结渣性方面也应具有良好效果。1.3 本课题所研究的内容在工业锅炉上燃用煤粉，燃烧器的设计是关键。由于工业锅炉的炉膛空间较小，这就要求燃烧器应能较好的组织炉内流场，是煤粉能够高效稳定的燃烧，同时又能够避免结渣。而回流区大小和回流区流量是衡量燃烧器稳定燃烧性能的重要指标。本课题针对煤粉工业锅炉旋流燃烧器，通过改变一、二次风速和旋流强度以及钝体流通阻塞率等参数，研究燃烧器出口附近的流场，和流场区域湍流强度的分布，分析个参数下燃烧器的回流区大小及回流量的变化，为燃烧器的设计提供有用的参考。着重分析该燃烧器的回流稳燃性能，采用数值模拟与冷态实验相结合的方法，分析其流场。本论文工作对于开发适用于燃煤工业锅炉燃烧器具有一定的理论意义和实用价值，主要内容安排如下：第一章，首先从研究背景出发，分析了我国工业锅炉的现状，并提出了本课题的设想；接着对国内外工业锅炉的燃烧方式研究现状进行了分析；然后对国内外低污染燃烧器研究现状进行了阐述；最后对本论文的主要内容及意义进行了说明。第二章，对低污染燃烧器的设计结构进行介绍，并对其技术特点进行分析。第三章，对低污染燃烧器数值模拟模型进行了探讨，对控制方程、湍流模型、气相湍流燃烧模型、挥发分析出模型、焦炭燃烧模型、辐射换热模型进行了选择和阐述，为下文的数值模拟提供理论依据。第四章，对低污染燃烧器进行冷态数值模拟，模拟不同二次风旋流强度、二次风速、一次风速以及钝体阻塞率等参数下燃烧器的流场分布，研究不同参数下回流量的变化，并分析流场的湍流强度分布。第五章，通过冷态实验，改变一次风速、二次风速、二次风旋流强度以及钝体阻塞率等参数，分析燃烧器的空气动力场特性，并与模拟结果进行比较。第六章，对低污染燃烧器进行热态数值模拟，考察该燃烧器的温度场及组分浓度场，并研究其燃尽特性，并把热态流场与冷态流场进行对比。第七章，对全文工作进行总结，并对下一步研究提出展望。2煤粉工业锅炉燃烧器流场特性试验实验台介绍在煤粉工业锅炉燃烧器的冷态实验研究中，通过改变一次风速、二次风速、二次风旋流强度以及钝体阻塞率，分析燃烧器的空气动力场特性，考察上述参数对燃烧器截面轴向速度、切向速度分布以及回流区尺寸的影响，并对实验结果与模拟结果进行比较，主要参照我校王进卿等老师的一种新型燃用煤粉工业锅炉燃烧器流场特性研究论文，与其中的模拟数据进行比较，分析两者的差异，得出相关结论。2.1燃烧器实验系统简介图2.1 低污染燃烧器冷态实验现场燃烧器冷态实验现场如图5.1所示。一次风管、二次风管、分级风管一同连接于接出管，接出管的另一头安装在送风机上。每个支管上都安装有蝶形阀，用以控制每个管道的流量。2.2燃烧器冷态实验方案简介2.2.1 测点布置及测量方法图2.2 燃烧器测孔分布燃烧器的测孔如图2.2所示，测孔间距为100mm，在垂直方向布置17个测点，因而测点数为1017，共170个。实验设备包括：低污染燃烧器（包括可调节轴向旋流叶片和中心风管扩锥）、送风机、送风软管、三孔探针、微压计、皮托管。实验步骤：1、 调节蝶形阀，使用标定好的皮托管通过直管道的测孔测量管道内的风速，使此风速达到指定燃烧器工况下经换算的值；2、 采用三孔探针和微压计测量燃烧器的速度场分布；3、 分别对燃烧器其中4个测点测量其所在截面速度大小及方向角度，并通过10个测点，利用飘带法对燃烧器的回流区进行测量。2.2.2 实验工况及实现方法实验工况与冷态数值模拟时所选工况基本一致，仅对二次风速工况参数的选择进行了更改，即将数值模拟工况时的二次风速29m/s变更为18m/s。图2.3 旋流叶片图2.4 中心风管扩锥本次冷态实验过程中，一次风速以及二次风速参数的调节通过改变蝶形阀开度实现，而二次风旋流强度则通过改变旋流叶片的角度实现，实验所采用的旋流叶片如图2.3所示，为可拆卸。钝体阻塞率则通过制作不同的中心风管扩锥大小来实现，如图2.4所示。实验过程与数值模拟一样，始终保持分级风不变。3 参数变化对燃烧器流场特性的影响旋流燃烧器是利用旋流器使气流产生旋转运动，当旋转气流由燃烧器出口喷出后，气流就在炉膛内形成旋转射流。旋转射流中任意一点的空间速度均可分为轴向速度、切向速度和径向速度。气流旋转的结果，在射流中心部分产生一个低压区，造成了轴向和径向压力梯度。特别是轴向的反向压力梯度，将吸引中心部分的烟气沿轴向反向流动，即在燃烧器出口附近形成和主气流方向相反的回流运动，因而在旋流射流的内部产生了回流区内回流区。内回流区的尺寸和回流靠内回流区的反向气流，另一方面也从射流外边界卷吸。燃烧过程中从内、外两侧卷吸高温烟气，对稳定煤粉气流着火起着十分重要的作用。旋转射流强度即旋流强度，n=M/（KL）。M为气流的切向旋转动量矩；K为气流的轴向旋转动量矩；L为燃烧器喷口的特征尺寸。旋流强度n小于一定数值时，射流中不可能产生内部回流区；当n增大到一定数值以后，在轴向反压力梯度下在靠近射流出口中心形成一个轴向内回流区，回流区尺寸和回流量均随旋流强度的增大而增大，内回流对煤粉射流的着火和燃烧有极重要的作用；继续增大旋流强度，由于射流湍流的强度的增强，射流外边界卷吸能力增强。3.1 一次风速变化对燃烧器流场特性的影响3.1.1 轴向速度对燃烧器流场特性的影响轴向速度是指空气动力场中气流沿轴向的分速度，通过研究一系列截面的轴向速度分布，可以较好地反映燃烧器的回流特性。以下各图的截面用Z/D表示（其中Z为轴向距离，D为预燃室直径），横坐标为径向距离，纵坐标为轴向速度，反映了轴向速度在几个截面内的分布情况。 (a) (b)图3.1(a)(c)分别给出了三个不同一次风速下各截面的轴向速度分布。从图中可以看出，在Z=0.288D和Z=0.388D截面，实验值和模拟值出入较大，而在Z=0.488D和Z=0.588D截面，实验值和模拟值吻合得较好，分析其原因是在靠近喷口处气流较为紊乱，从而给测量带来较大误差。随着一次风速的增加，回流速度有所减小。在Z=0.588D截面，一次风速为18m/s，22m/s，26m/s时，实验所测得的最大回流速度分别为6.3m/s，6m/s，5.8m/s。 (c)图3.2 不同一次风速下的轴向速度分布（a）一次风速为18m/s时轴向速度分布；（b）一次风速为22m/s时轴向速度分布；（c）一次风速为26m/s时轴向速度分布（注：二次风速为25m/s，二次风旋流强度为2.14，钝体阻塞率BR为0.576；Z为轴向距离，D为预燃室直径；r为径向距离）3.1.2 切向速度对燃烧器流场特性的影响图3.5 不同一次风速下的切向速度分布（a）一次风速为18m/s时切向速度分布；（b）一次风速为22m/s时切向速度分布；（c）一次风速为26m/s时切向速度分布（注：二次风速为25m/s，二次风旋流强度为2.14，钝体阻塞率BR为0.576；Z为轴向距离，D为预燃室直径；r为径向距离） 不同一次风速下的切向速度分布如图3.3。实验值与模拟值在分布趋势上较为吻合，由于测量误差的原因，两者在数值上有所差异。从切向速度的分布曲线上看，在Z0.588D截面，当一次风速为22m/s时，其切向速度高于其他两个工况。3.1.2 回流区尺寸对燃烧器流场特性的图3.4 不同一次风速下的回流区比较（注：二次风速为25m/s，二次风旋流强度为2.14，钝体阻塞率BR为0.576）图3.4为一次风速对回流区尺寸的影响。可见，改变一次风速对回流区的尺寸几乎没有影响，三个工况下的回流区长度也基本相同。3.2 二次风速变化对燃烧器流场特性的影响3.2.1轴向速度对燃烧器流场特性的影响 (a) (b) (c)图3.5 不同二次风速下的轴向速度分布（a）二次风速为21m/s时轴向速度分布；（b）二次风速为25m/s时轴向速度分布；（c）二次风速为29m/s时轴向速度分布（注：一次风速为22m/s，二次风旋流强度为2.14，钝体阻塞率BR为0.576；Z为轴向距离，D为预燃室直径；r为径向距离）图3.5(a)(c)为不同二次风速下各截面轴向速度分布情况。由图可知，改变二次风速时，对回流速度影响较小。在Z=0.2880.588D之间，三个工况的回流速度都随着轴向距离比Z/D的增加而增大。3.2.1 切向速度对燃烧器流场特性的影响图3.6 不同二次风速下的切向速度分布（a）二次风速为21m/s时切向速度分布；（b）二次风速为25m/s时切向速度分布；（c）二次风速为29m/s时切向速度分布（注：一次风速为22m/s，二次风旋流强度为2.14，钝体阻塞率BR为0.576；Z为轴向距离，D为预燃室直径；r为径向距离） 不同二次风速下的切向速度分布如图3.6所示。在不同二次风速下，切向速度的实验值与模拟值有一定的出入，但分布趋势上较为一致。随着二次风速的增加，各截面的切向速度有增大的趋势。3.2.3 回流区尺寸对燃烧器流场特性的影响图3.7 不同二次风速下的回流区比较（注：一次风速为22m/s，二次风旋流强度为2.14，钝体阻塞率BR为0.576）二次风速对回流区尺寸的影响如图3.7所示。从图中可以看出，回流区尺寸的实验值与模拟值符合得较好。改变二次风速对回流区尺寸的影响与二次风旋流强度工况一样，变化并不大。因此在工程实际中，如同下面所述的二次风旋流强度对回流区尺寸的影响一样，改变二次风速并不能显著影响回流区的尺寸，这对以后的热态实验具有一定的指导意义。3.3 二次风旋流强度变化对燃烧器流场特性的影响3.3.1轴向速度对燃烧器流场特性的影响 (a) (b) (c)图3.8 不同二次风旋流强度下的轴向速度分布（a）=1.23时轴向速度分布；（b）=2.14时轴向速度分布；（c）=3.70时轴向速度分布（注：一次风速为22m/s，二次风速为25m/s，钝体阻塞率BR为0.576；Z为轴向距离，D为预燃室直径；r为径向距离）图3.8给出了不同二次风旋流强度下的轴向速度分布情况，并与模拟结果进行了比较。从图中可以看出，轴向速度在Z=0.2880.588D范围内呈开口向上的抛物线分布，这与模拟结果相一致。而图中轴向速度曲线位于零轴线以下的部分，则代表了该区域为燃烧器的回流区，所以从轴向速度分布图中可以侧面反映出回流区的径向尺寸。从图3.8的轴向速度曲线可以看出，随着二次风旋流强度的增加，回流速度有所增大，从而能卷吸更多高温烟气，促进煤粉的着火燃烧以及还原已生成的NOX。从图(a)实验与数值模拟对比的数据可以看出，两者的出入较大，如在Z=0.588D截面，实验所得的最大回流速度为5m/s，而模拟值则为7.8m/s。而图(c)中两者吻合得较好，可见=3.70工况时的模拟数据较=1.23工况时更接近于实验数据。在Z=0.288D截面，回流速度（即轴向速度为负）部分的实验数据和模拟数据出入较大，其原因是该区域接近于钝体，气流较为紊乱，所以轴向速度的测量较为困难，从而引起了误差。3.3.2 切向速度对燃烧器流场特性的影响图3.9 不同二次风旋流强度下的切向速度分布（a）=1.23时切向速度分布；（b）=2.14时切向速度分布；（c）=3.70时切向速度分布（注：一次风速为22m/s，二次风速为25m/s，钝体阻塞率BR为0.576；Z为轴向距离，D为预燃室直径；r为径向距离） 图3.9给出了不同二次风旋流强度下的切向速度分布。从图中可以看出，切向速度分布的实验值与模拟值存在一定的偏差，但总体上两者的变化趋势保持了一致。主要原因是被测流体对探针的干扰作用、气流的湍流脉动以及流场中存在的剪切层作用，使得三孔探针测量存在一定的误差。切向速度沿着径向正负两个方向上各有一个峰值，其值位于旋转射流的自由漩涡区和准刚体旋转区的分界处。随着旋流强度的增加，切向速度也随之增大。在Z=0.588D截面，当旋流强度=1.23，2.14，3.70时，其切向速度实验最大值分别为2.5m/s，3.2m/s，3.5m/s。3.3.3 回流区尺寸对燃烧器流场特性的影响图3.10 不同二次风旋流强度下的回流区比较（注：一次风速为22m/s，二次风速为25m/s，钝体阻塞率BR为0.576）图3.10为二次风旋流强度对回流区尺寸的影响。从图中可以看出，回流区尺寸的实验值与模拟值符合地较好，仅在后期有所偏差，即在回流区后部实验值略小于模拟值。三个工况下回流区尺寸实验所得的数据对比可以看出，三者变化很小，其径向最大半径都在在0.2m左右，回流区的终点Xend在0.80.9之间。可见改变二次风旋流强度对回流区的尺寸影响并不大，只是回流区的长度随着二次风旋流强度的变大略有增加。三个工况下回流区终点位置Xend分别为0.81m，0.83m，0.88m。因此在实际工程中，通过改变旋流角度增大旋流强度并不能显著增大回流区，这对以后的实验具有指导意义。3.4 钝体大小变化对燃烧器流场特性的影响3.4.1钝体阻塞率轴向速度对燃烧器流场特性的影响 (a) (b)图3.11 (a)(c)分别为三个不同钝体阻塞率下各截面的轴向速度分布。可见，在BR=1.717工况下，轴向速度分布实验数据与模拟数据吻合得较好。回流速度总体上随着钝体阻塞率的增加，有一个先增后减的趋势，如在Z=0.588D截面，BR=0.576，1.070，1.717工况下实验测得的最大回流速度分别为5.8m/s，6m/s，5.7m/s。在图3.12(c)可以看到，在Z=0.288D和0.388D截面，回流区轴向速度呈“W”型分布，即中心回流速度小于两侧，从而导致了截面平均回流速度减小。 (c)图3.12 不同钝体阻塞率下的轴向速度分布（a）BR=0.576时轴向速度分布；（b）BR=1.070时轴向速度分布；（c）BR=1.717时轴向速度分布（注：一次风速为22m/s，二次风速为25m/s，二次风旋流强度为2.14；Z为轴向距离，D为预燃室直径；r为径向距离）3.4.2 钝体阻塞率切向速度对燃烧器流场特性的影响图3.13不同钝体阻塞率下的切向速度分布（a）BR=0.576时切向速度分布；（b）BR=1.070时切向速度分布；（c）BR=1.717时切向速度分布（注：一次风速为22m/s，二次风速为25m/s，二次风旋流强度为2.14；Z为轴向距离，D为预燃室直径；r为径向距离）在不同的钝体阻塞率工况下，其切向速度分布都具有相似性，实验值与模拟值在分布趋势上较为吻合。3.4.3 钝体阻塞率回流区尺寸对燃烧器流场特性的影响图3.14不同钝体阻塞率下的回流区比较（注：一次风速为22m/s，二次风速为25m/s，二次风旋流强度为2.14）从图3.14可以看出，在回流区后部的实验值小于模拟值，尤其在BR=1.717工况下，两者的差别比较大。钝体阻塞率对回流区尺寸的影响与前面分析的几个参数一样，它的改变并没有显著影响回流区尺寸的变化，三个工况下的回流区基本重合。4 结论本课题先对低污染燃烧器的实验系统、测点布置、测量方法以及实验工况进行了介绍，然后研究了不同一次风速、二次风速、二次风旋流强度以及钝体阻塞率下的轴向速度分布、切向速度分布和回流区尺寸，主要得出了以下几方面结论：1、各参数下，轴向速度在Z=0.2880.588D范围内呈开口向上的抛物线分布，实验值与模拟值在靠近喷口附近有较大出入，而在远离喷口的截面则吻合得较好。增加二次风旋流强度，减小一次风速，轴向回流速度则相应有所增加；增加二次风速，则对轴向回流速度影响不大；增加钝体阻塞率，回流速度则有一个先增后减的趋势。2、切向速度的实验值与模拟值存在一定的偏差，但两者的分布趋势总体上保持了一致。随着二次风旋流强度、二次风速的增加，切向速度相应有所增大；在一次风速工况下，当风速为22m/s时，其切向速度高于其他两个工况。3、实验所测得的回流区尺寸与模拟值符合得较好，仅在回流区后部有所偏差。参数的变化对回流区尺寸的影响很小，仅在回流区长度上随着二次风旋流强度的变大略有增加。因此，在实际工程中，通过改变旋流角度增大旋流强度并不能显著增大回流区。参考文献1 聂柞仁,张增志.“碳资源优化”:不就未来新材料产业的新亮点J.中国材料进展,2010,29(1): 5859 2 王勇义.浅谈工业锅炉的节能减排技术J.山西电力,2007,142(6):64673 蒋利军,陆辛.“低成本可再生能源”必将在低碳经济中起到积极的作用J.中国材料进展,2010,24(1):5959 4 王进卿,池作和,孙公钢等.一种新型燃用煤粉工业锅炉燃烧器流场特性研究J.中国计量学院学报,2009,20(3):269273 5 刘聿拯.燃生物质锅炉空气动力场冷态模化试验研究J.动力工程,2004,24(6):7897926 李相国,马保国,王信刚等.分解炉的结构对冷态流场影响的数值模拟J.武汉理工大学学报,2006,5(1):3537 7 黄竹青.煤无烟燃烧锅炉炉内冷态流动特性的数值研究J.东北电力学报,2004,24(1):10148 徐江荣.煤粉浓淡旋流燃烧器空气动力学特性的数值模拟J.燃烧科学与技术,2000,6(4):373376