解耦燃烧器冷态空气动力场试验研究本科毕业论文

1、本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计） 题 目解耦燃烧器冷态空气动力场试验研究 学 院 动力工程系 专 业 建筑环境与能源应用工程 姓 名 学 号 学习年限 2011 年 9 月 至 2015 年 7 月 指导教师 职称 申请学位 工 学 2015 年 5 月 28 日 解耦燃烧器冷态空气动力场试验研究 摘要 随着全球能源结构的不断发展和变化，结合我国的现状可以发现燃煤工业锅炉在我国的应用十 分广泛，至今仍然起着特别重要的作用，但是燃煤工业锅炉在污染物排放方面的研究和发展已然成 为了当前发展的重中之重。对于解耦燃烧工业锅炉的提出与应用，我们觉得它具有良好的发展和应 用前景。 本文即通过对解耦

2、燃烧器进行炉内冷态空气动力场试验的研究，首先针对解耦燃烧器各区域空 气速度场的分布情况进行实验数据记录,然后重点分析了炉膛内的风速场分布状况,最后给出该燃烧 器的工作性能评价和目前结构的解耦燃烧器的燃烧组织方法及优化意见。 关键字：燃煤工业锅炉； 解耦燃烧； 污染物； 排放控制； 冷态空气动力实验研究 Abstract Along with the continuous development and changes of the world energy structure, combined with the current situation of our country can be

3、found industrial coal-fired boiler is widely used in our country, still plays a particularly important role, but coal-fired industrial boilers in the research and development in the aspects of the discharge of pollutants has already become the top priority of the current development. The proposal an

4、d application of decoupling combustion of industrial boiler, we feel that it has good prospects of development and application. Based on decoupling burner furnace cold air dynamic field test study, first of all for decoupling burner regional air velocity field distribution were experimental data rec

5、ord, then focuses on the analysis of the furnace of wind speed distribution. Finally, the combustion device performance evaluation and current structure of decoupling burner combustion method and optimization. Keywords: coal-fired industrial boilers; decoupling combustion; pollutant; emission contro

6、l; cold air force experimental study 目 录 第一章 解耦燃烧器的背景意义.5 1.1 燃烧器的发展.5 1.2 燃煤工业锅炉的现状.6 1.3 解耦燃烧器的提出.6 1.4 难燃煤解耦燃烧技术的原理.7 1.5 难燃煤解耦燃烧在浓淡分离上的技术原理.7 1.6 NOX在实际装置中产生的原因及其影响因素.8 1.7 低 NOX控制方法.9 第二章 实验研究前的准备及注意事项.11 2.1 解耦燃烧器冷态实验说明.11 2.1.1 试验目的.11 2.1.2 试验设备.12 2.2 试验前的准备阶段.12 2.2.1 试验前应具备的条件.12 2.2.2 试验

7、的调试工作.13 2.2.3 试验安全注意事项.16 2.2.4 一般电气安全注意事项：.16 2.3 实验具体流程.17 2.3.1 风道和炉膛速度场测量.17 2.3.2 风道和炉膛速度场示踪.17 2.3.3 粉料示踪.17 2.3.4 粉料收集.17 2.3.5 风速 75%的额定风量实验.18 2.3.6 风速 50%的额定风量实验.18 2.3.7 风速 25%的额定风量实验.18 2.4 实验人员具体实验过程.18 2.5 实验中常识部分和后续试验注意事项.19 2.5.1 常识部分.19 2.5.2 后续试验注意事项.20 2.6 拟完成试验结果.20 第三章 数据处理及结果分

8、析.21 3.1 试验进展情况.21 3.2 实验数据处理（风道）.22 3.3 实验数据处理（炉膛）.26 结论.32 参考文献.33 附录.34 附表 1.34 附表 2.38 附表 3.45 第一章 解耦燃烧器的背景意义 1.1 燃烧器的发展 燃烧器从开始使用一直到现在的多样化形式，它走过了漫长的历程。从早期熔炉和烤炉那些简 单装配的几套空气与燃气开口，发展到本森发明的预混燃烧器，以及后来类似的喷嘴混合燃烧器， 和现在可以满足不同需求的特种燃烧器。燃烧器在理论和结构上都发生了很大的变化，在很大程度 上也促进了现代工业的发展。 在早期燃烧器的发展上，那个时候使用的大多是由空气或者蒸汽与煤、

9、焦炭或者木炭反应而制 成的人工燃气。我们都知道燃气的可燃组分是一氧化碳和氢气，其中二氧化碳和氮气的含量很高， 使得气体的热值比较低。而当时很少有设备被称为燃烧器，预混式燃烧器是第一个为特定目的而设 计的燃烧器，这要追溯到 100 多年前本生及类似的实验室的燃烧器，这是今天预混式工业燃烧器的 雏形。之后罗伯特.本生设计的混和管是利用燃气射流来卷吸空气从而形成预混，而后预混气体通 过喷嘴被点燃，这便是现在所说的大气式燃烧器。这种燃烧器主要是用在有大量自由空气的环境中。 到了 19 世纪 20 年代早期，出现了一种用于低压燃气的成比例混和管。它是利用了文丘里管的原理 工作，就如同一个引射器，它的不同

10、之处在于它是利用了空气卷吸燃气。即一定压力下利用空气通 过风机流过混和管的喉部时产生吸力吸入燃气。这种装置配合燃气的调整器称为大气调整器。 到了近代燃烧器的发展阶段，在 20 世纪 20 年代早期，开始有几款单机喷嘴混合燃烧器开始了 商业形的销售。它们大多数是相当简单的，在本质上就是两个同心管，一个流通空气，另一个通燃 气。在这之后，设计者们又很快意识到，在燃气与空气的出口处安装一些火焰稳定设备，比如漩流 叶片、圆盘或者突出物来辅助气体的混合过程，更有助于延展着火范围和混合比例范围。而随着工 业热循环的逐步被人们所认识，逐渐产生了一些使燃烧器能够利用在比以前更宽泛的燃气空气比例 下工作的要求（

11、特别是在空气过剩的情况中） 。于是又出现了分阶段混合式燃烧器，它能够在空气 燃气比例为 50、100、200 比 1 甚至更高的情况下进行工作。它的基本理念就是控制燃气与空气的 不同流速，这样在任何地点的空燃比都不会超出其着火极限。 等到了当代燃烧器的发展状况下，随着着火率与空燃比问题的不断解决，设计者们开始继续迎 接使火焰成形并用以适应特别工艺的挑战。从 20 世纪 20 年代开始到 50 年代里，又产生了许多具 备高火焰稳定性、宽泛的着火率和空燃比的新型燃烧器。通过控制燃气与空气的速度和方向，可以 去得到各种形状的火焰，像平板型、碟型、长型与细铅笔型的燃烧器。这些多样性的燃烧器使它们 能适

12、用于多种工艺。等到 20 世纪 60 年代又开始出现了高速或者高动量燃烧器。这种燃烧器就相当 于在一个鼓风式燃烧器的出口处去增设一个带有烟气喷嘴的燃烧室。燃气和空气在燃烧室内进行强 烈的混合和燃烧后，完全燃烧的高温烟气以高流速喷进炉膛内，与工件进行强烈的对流换热。到了 20 世纪 80 年代，大部分工业操作在灵活性和传热需要上得到了满足。燃烧器设计与发展的脚步逐 步放慢了脚步，但一个新的挑战渐渐出现了-减少 NOX 的排放。这是一个相当难的课题：许多达到 高燃烧效率、低一氧化碳及烃类排放的燃烧器都会出现提高 NOX 排放的现象。 1.2 燃煤工业锅炉的现状 燃煤工业锅炉在我国的应用十分广泛，至

13、今仍然还起着特别重要的作用，其总数量多达 50 多 万台，占据了目前在用工业锅炉总数的 85%，容量在 14MW 以下的大约占 80%，而 24.5MW 以上的不 足 2%，年消耗煤炭量 7 亿吨以上。而受到天然气资源、价格与供气区域等的限制与影响，燃气工 业锅炉不可能去全部取代燃煤工业锅炉，因此燃煤工业锅炉在我国还将长期发挥它的重要作用。经 过结合当前我国煤炭资源的产量分布情况、我国的煤烟污染型的大气污染现状和现在燃烧器的发展 状况，煤炭解耦燃烧工业锅炉的开发及发展出现在人们的视野中。 1.3 解耦燃烧器的提出 燃烧器作为加热炉的主要组成部件,它在燃烧中产生的 NOx 是污染环境的主要因素之

14、一,对人体 有直接的危害。随着国家对环境保护的不断重视,NOx 含量的高低成为当前衡量燃烧器燃烧性能的 重要指标之一,为了满足 NOx 的排放要求,人们设计了各种各样的燃烧器,并且随着燃气工业的发展， 又不断地创造出新型的燃烧器。未来燃烧器的发展方向将更加依赖于工业与环境的需求。 在煤炭解耦燃烧工业锅炉的开发及其发展前景下，燃料在燃烧的过程中存在着污染物排放与燃 烧效率之间的耦合关系，虽然富氧和高温有利于提高燃烧效率，但同时也会增大 NOx 等污染物的 生成；反之，贫氧和低温燃烧有利于抑制 NOx 的生成，但燃料却不易燃尽，使得燃烧效率有所下 降。不同的燃烧方式耦合程度也不同，通常是燃煤大于燃

15、气，煤粉炉大于层燃炉。中国科学院过程 工程研究所的李静海课题组于 1995 年首次发现并研究了这一规律，从而提出了解耦燃烧技术1-21-2， 开发出了系列的解耦燃烧炉3-53-5。 1.4 难燃煤解耦燃烧技术的原理 利用开发解耦燃烧技术，通过通过半焦还原、热解气还原、缺氧热解和缺氧燃烧的协同作用， 分步实现先“低温还原” 、后高温氧化” ，由此来实现难燃煤的低氮高效清洁燃烧，在不降低锅炉效 率的前提下降低了氮氧化合物的排放量 30%以上，开发出煤粉炉新型解耦燃烧器及燃烧方法，并应 用于热电厂的大型燃烧炉上。 1.5 难燃煤解耦燃烧在浓淡分离上的技术原理 浓淡分离是一种将风、粉混合物按一定比例分

16、离为目的的处理方式，并加之以分级配风，来实 现分级燃烧的目的，从而最大极限的控制 NOx 的排放。为满足抑制 NOx 形成的要求，同时去解决我 国劣质煤燃烧中所存在的稳燃、结渣、高温腐蚀这一系列问题，在浓淡燃烧技术中采用了该结构的 燃烧器，其目的是将风粉混合物分成含粉量相差较大而风量又基本相同的两股煤粉气流。而浓淡分 离技术的关键问题在于对氧浓度的处理上，我们首先对氧浓度进行一下清晰深刻的了解。 空气中氧的浓度是通过在与高温燃烧烟气的掺混和稀释之后而降低的,在此过程中由高速射流 而引起的回流起着关键的作用。只要适当的改变空气和燃料供应通道的相对位置,就可以去改变 NOx 的排放浓度,因为它会随

17、着空气和燃料其各自的稀释比例增大而降低。如果燃料在喷入炉内的 初期就进入空气主流中,就会形成高温高氧燃烧,从而导致高 NOx 的生成。以往的试验结果都表明: 通过适当抑制初期的空气燃料的扩散混合,使其在向下游流动的过程中与烟气混合并稀释,之后再让 其进行燃烧,这样来实现低 NOx 的排放。在传统的燃烧中,空气与燃料刚进入炉内就会在中心区域掺 混,形成传统意义上的扩散燃烧,而由于燃烧是按化学当量比进行,因此燃烧温度会很高,显然对于降 低 NOx 是不利的。而高温空气燃烧过程则利用了通过分离空气和燃料供应通道,使两股射流之间因 为燃烧烟气阻隔并被掺混稀释,在这期间延缓了二者的扩散混合,这样就把局部

18、的扩散燃烧扩展到了 更广大的空间范围中去进行,削弱局部的燃烧热强度,从而避免了出现局部高温区,抑制了因高温燃 烧和存在局部炽热点而导致的 NOx 生成。高温的空气大大扩展了传统燃烧的稳定可燃极限,因此,尽 管局部的氧浓度或者燃料浓度很低,燃烧依然能够满足快速可靠地进行。由此可见,实现高温空气的 燃烧既要突破理论上的制约,又要合理的组织燃烧过程,才能够很好地去解决高温燃烧与高 NOx 排放 的矛盾。基础的研究使人们对高温空气燃烧机理66的理解进入到了新的认识阶段。在该解耦燃烧 器中，通过在风道中利用挡板对风粉混合物进行第一次的浓淡分离，它利用风粉的惯性力不同的原 理使风、粉进行粗分离。在到达燃烧

19、器的喷嘴处时，利用燃烧器特殊的喷嘴结构来对风粉进行第二 次的分离，在不断地分离之后可以达到对难燃煤进行更好的燃烧目的。 我国的大气污染类型属于煤烟污染型，其中（NOx）是重要污染气体之一。电气锅炉中采用低 （NOx）燃烧器，是一种费用低廉较为适合我国国情的低（NOx）排放有效措施。浓淡分离器是一种 广泛采用的将风、粉混合物按一定比例分离为目的的动力装置，加之以分级配风的机理，实现分级 燃烧的目的，最大极限的控制（NOx）的排放。为满足抑制（NOx）形成的要求，同时解决我国劣质 煤燃烧中存在的稳燃、结渣、高温腐蚀等问题，在浓淡燃烧技术中采用了 PM 分离器，其目的是将 一次风粉混合物分成含粉量相

20、差较大而风量基本相同的两股煤粉气流。 1.6 NOx 在实际装置中产生的原因及其影响因素 NOx 生成和温度、氮和氧的分压有一定的关系,燃烧器的燃烧速度则由空气和燃料的混合速度 决定。但在供给一定量的过剩空气时,由于火焰温度的提高,NOx 生成量会不断地增多。而当过剩空 气过少或过多时,火焰的平均温度会降低,NOx 生成量就会比较小77。高温对 NOx 的生成非常有利, 随着燃烧空气温度的提高,火焰温度和 NOx 的浓度也会不断地升高。随着炉膛温度的提高,NOx 的浓 度会随之升高。燃烧器的选择对炉膛的温度有一定的影响,从而影响到 NOx 的生成。 我们都知道，燃烧器的热强度决定了温度的分布。

21、不同的燃烧器在炉内会产生不同的热强度分 布,而不同的热强度分布则产生了不同的温度分布。当燃料气中的氢含量升高,NOx 的浓度也会随着 提高。氢含量的提高导致火焰温度的上升,从而产生出更多的 NOx。另外,一些研究中得到了有关随 着燃烧用空气中水分的增加,NOx 的生成有降低趋势的结论。 我们通过结合有关化学和锅炉方面的常识可以知道，NOx 的生成量与下列因素有着重要的关系: a.过剩空气量; b.燃烧用空气温度; c.炉膛温度; d.燃料气中的含氢量; e.燃料油中的含氮量; f.燃烧用空气湿度等。 由于热力型 NOx 和燃料型 NOx 的生成机理有所不同,所以抑制得方法也有所不同。温度对热力

22、 型 NOx 的生成起着决定性的作用,其次氧的浓度与停留的时间对热力型 NOx 生成量也有一定的影响。 要抑制热力型 NOx 的生成，我们可以用以下的这些方法来达到目的: a.降低燃烧温度水平,并防止产生局部高温区; b.降低氧浓度;使燃烧在偏离理论含氧量下进行; c.缩短烟气在高温区的停留时间。 燃料型 NOx 生成量受燃烧温度的影响很小,但是它与燃料含氮量与氧浓度有着很大的关系。因 此,要抑制燃料型 NOx 的生成,可以用以下的一些基本方法: a.选用含氮较低的燃料; b.降低空气过剩系数,组织燃料过浓燃烧; c.采用扩散燃烧推迟混合。 上述一些抑制 NOx 生成的方法有时候是相互矛盾的,

23、有时候也与抑制其它污染物相矛盾。所以, 在设计一种低 NOx 燃烧器的时候,必须要兼顾到各个方面。主要的措施包括有: a.采用低氮燃料; b.改善操作条件; c.采用低 NOx 燃烧方法。 1.7 低 NOx 控制方法 1)烟气再循环低 NOx 燃烧器。将工艺过程中的部分烟气循环进助燃空气,烟气作为一种稀释剂降 低了氧分压和火焰温度,限制了 NOx、的生成量。 2)低过剩空气燃烧器。通过完全燃烧所需的最少空气量来减少 NOx 的排放量。通常过剩空气量为 5%一 8%。 3)浓淡型低 NOx 燃烧器。使一部分燃料作过浓燃烧,另一部分燃料作过淡燃烧,但总体上 a(过剩 空气系数)仍保持正常值。这样

24、既降低了火焰温度,同时也降低了 Nox 的生成量。 4)分割火焰型燃烧器。原理是将大火焰分割成小火焰,小火焰散热表面大,使火焰温度降低。此外 火焰小,缩短了氮、氧等气体在火焰中的停留时间,因而降低了 NOx、的生成量。 5)分段助燃燃烧器。主要组织了空气动力工况和燃料与空气的混合,将助燃空气分多级注人炉内, 把燃烧分为低氧还原区与完全燃烧区。即在燃烧的初级阶段,通过供人总空气量 20%一 70%的非 化学当量空气,使燃烧处于低氧浓度状态,以降低火焰温度。然后通过多流股的二次供风,使燃 料未燃部分完全燃烬,从而减少 NOx 的生成量。 6)后燃烧控制。利用在特定的温度区域加人某种反应物的方式,破

25、坏已形成的 NOx。日本大阪煤 气株式会社开发的低 NOx 燃烧器是一种较先进的燃烧器,它综合采用了烟气再循环、分段燃烧、 分割火焰等项技术。试验表明,新燃烧器的 NOx 生成量比原燃烧器降低了 50%。另外,某公司除 采用低 NOx 燃烧器外,还采用注氨的方法,将烟气与注人的氨混合或通过气体分配板进人脱硝反 应器,排气中的 NOx 被氨还原成氮和水等无害气体排出。 通过分析煤粉燃烧在当前社会背景下的存在状况和发展前景，同时对环保和能源问题中的 NOx 进行认识与了解，我们对难燃煤解耦燃烧技术进行了重新的认识。该次讨论的解耦燃烧器是利用二 次浓淡分离技术对难燃煤、劣质煤进行高效率燃烧的燃烧器，

26、我们对这款燃烧器需要进行冷态空气 动力实验研究。从而对它进行更深入的认识与了解。 第二章 实验研究前的准备及注意事项 2.1 解耦燃烧器冷态实验说明 本次实验是模拟燃煤工业锅炉过程的试验，它的重点在与考察该燃烧器在冷态试验下是否能达 到要求的设计性能。由于此次工业试验的测量精度要求不高，数据也不很稳定，为了提高数据分析 的实效性，不考虑数据的采集系统，只根据实验结论与实际情况进行对比，从而明确该燃烧器的性 能和实用性。 2.1.1 试验目的 为考察不同喷口结构的煤粉解耦燃烧器的工作性能，进行燃烧器冷态空气动力场试验。 喷口机构示意图 工艺 审核批准 共 张 第 张 签名标记 设计 更改文件号处

27、数 分区 标准化 年月日 阶段标记重量 比例 GCS2014.05.14 平面布置图 1:50 中科院过程工程研究所 38MW解耦燃烧器 校对 序号图 号 单 名称及规格材 料数量备 注 总 质 量 kg 1 2 3 1钢结构板房 1积灰箱 组装件 1炉 膛GCS2014.05.14.02 组装件 组装件 实验装置 郝江平 房贤 赵 康 何 宁 白健康 2014.05 3 4 5 AB AB 3 4 5 相邻锅炉 总配电柜 锅炉操作柜 5 6 7 8 1 9 10 11 组装件 平面布置图 上 13 12345 8 7 91112 14 GCS2014.05.14.01 院方自理 1平台护栏G

28、CS2014.05.14.03组装件 1组装件1扶梯栏杆GCS2014.05.14.04组装件 6 1516 12 13 14 15 1组装件1活动平台GCS2014.05.14.05组装件 1组装件1烧 嘴GCS2014.05.14.06组装件 10 4 16 1组装件1GCS2014.05.14.07组装件靠 架 1组装件1GCS2014.05.14.08组装件地传线板 1组装件1GCS2014.05.14.09组装件风道及支架 1组装件1GCS2014.05.14.10组装件软连管 1组装件1 GCS2014.05.14.11 组装件通风机 11kw风压P=1500Pa4-72No6A

29、风 箱1组装件 电控操作柜1组装件外 协 GCS2014.05.14.12 水平检测车1组装件 GCS2014.05.14.13 垂直检测车1组装件 解耦燃烧器冷态试验台平面图 2.1.2 试验设备 试验主体设备：试验主体设备： 通风机、风箱、风道及其上部的下料和示踪装置、烧嘴、炉膛及其内部水平、垂直检测车、积 灰箱、钢架平台及扶梯、管道支架及连接装置、排架、地传线板、电控操作柜等。 试验辅助器材：试验辅助器材： 示踪气体及其容器、粉料及其收集布袋、有机玻璃计量筒、连接软管、细丝网及反光彩色丝线、 激光笔及滑块、高清摄像机。 试验测量仪器：试验测量仪器： 热线风速仪、涡轮风速仪、标准皮托管、自

30、制靠背管、电子微压计、电子温度计、大气压力表 2.2 试验前的准备阶段 2.2.1 试验前应具备的条件 1)整套实验装置安装完毕，检查各设备安装、连接牢固可靠，确保试验安全； 2)试验辅助器材及测量仪器配备齐全，安装测试完成，可正常使用； 3)各电气设备、仪器仪表接线正确，电控箱安装完好； 4)试验室及试验装置内部杂物清理干净，试验设备及其连接装置密封良好； 5)试验室及试验装置（风道、炉膛）内部照明、通风设备安装完成，性能良好； 6)试验室配备调整试验装置及测量仪器的工具； 7)试验室配有防尘服、口罩、眼镜、手套等劳动保护用品； 8)做好试验内容记录及数据采集记录准备工作。 2.2.2 试验

31、的调试工作 测点检查测点检查 a 风道及喷口测点检查。测点开孔位置准确、大小合适，各测点开孔用胶塞封堵，固定测点及 部分移动测点的测孔胶塞中间穿孔，以方便皮托管、靠背管等测量仪器插入。 b 炉膛内部检测装置检查。炉膛内部支架牢固可靠，水平检测车、垂直检测车运动灵活，炉膛 内部各滑块运动灵活、可靠。 c 对风箱、风道、燃烧器内部各测点进行分组编号，并对相应的测试仪器贴上标签。 d 测点开孔接口、下料口进口接管、U 型管以及炉膛内部支架上标注刻度线，保证刻度标示清 晰、准确。 风机试运风机试运 a 启动风机，调节电机变频器频率，由 0Hz 逐渐提高到 50Hz，观察风机运行状态是否稳定， 若出现过

32、大振动或异常噪音，则需停机检查，排除故障，保证风机在任何转速下运行平稳。 b 风机全速运转一段时间，观察各试验装置及连接装置的安装质量及运行稳定性，然后再将变 频器频率由 50Hz 缓慢降低到 0Hz，观察风机降速运行过程的稳定性。 c 检查风箱、风道、喷口及其连接装置密封性，及时消除漏风点，确保试验装置密封效果良好。 测量仪器标定测量仪器标定 a 启动风机，风机转速设定为额定转速，风机稳定运行一段时间后，分别使用标准皮托管、热 线风速仪和自制靠背管测量风道中部的风速，并以标准皮托管的测得的风速为基准，确定自制靠背 管的修正系数。 皮托管测量风道动压值换算风速的公式为： 其中：0标准状态下空气

33、的密度，1.293kg/Nm3； Plocal测量当地当天的大气压力； P0标准状态下的大气压力，Pa； Pst风道测量静压； tlocal测量风温； P风道测量动压； v计算风速，m/s； 靠背管修正系数： 其中：v基准标准皮托管测得的风速； v测量靠背管测得的风速。 b 在风机升速和降速的过程中，将变频器频率分别设为 10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz，风 机在不同负荷下运行稳定后，使用热线风速仪、标准皮托管和自制靠背管测量风道中部的风速及其 通风量，对风机风量进行标定。 风机风量计算公式： 其中：A风道通流面积，m2； Q通风量，m3/h。 c 风机在额定风速下运行一段时间

34、后，调节变频器频率分别为 40Hz、30Hz、20Hz、10Hz，记 录降速过程中风机在不同负荷下的压力和流量数据，分析风机在升速和降速两个测试过程中相同转 速时的测试数据，若误差较大，必要时更换仪器重新测试。 风道中部风量标定试验数据记录表 标准皮托管靠背管热线风速仪变频器 频率 /Hz 动压 /Pa 静压 /Pa 流速 /(m/s) 动压 /Pa 静压 /Pa 流速 /(m/s) 风速 /(m/s) 流量 /(m3/h) 10 20 30 40 50 40 30 20 10 测量仪器安装固定测量仪器安装固定 a 将标准皮托管、自制靠背管穿进胶塞里，将胶塞连同压力测管塞进侧孔，调整压力管探头

35、插 入装置的深度，固定测点调整到合适的深度，活动测点分别标记不同的插入深度，以适应不同位置 测点的测量。暂时不进行测量的侧孔用胶塞塞紧。 b 压力测管露在装置外侧的部分，用支架进行支撑固定，支架的位置根据不同测点的需要可灵 活移动并固定。 c 将标定好的靠背管固定在风道中部的固定位置，作为风量测量的参考基准，每次试验前先记 录该静压、全压和流速。 下料及示踪装置检查下料及示踪装置检查 a 下料装置检查。将煤粉加入到风道上部的下料装置中，计量筒下料口用软管与风道进料口进 口接管连接，缓慢打开进料口，观察进料情况，确保进入风道的煤粉流量均匀稳定，流量控制灵活、 准确，无漏粉、堵塞现象。 b 示踪装

36、置检查。将有色气体容器用软管与风道进料口连接，检查软管及其接口密封是否良好， 保证示踪气体可顺利进入风道和炉膛。 粉料收集布袋检查粉料收集布袋检查 a 检查燃烧器出口收集粉料的布袋，确保布袋完好，使用方便。 b 检查炉膛出口的布袋除尘器，确保其良好的除尘性能，不会对周围环境带来粉尘污染。 2.2.3 试验安全注意事项 试验室要求及试验设备试验室要求及试验设备 a 试验室内设有符合规定照度的照明；试验设备、仪器等摆放整齐，室内不堆放其他杂物，通 道保持畅通，地面保持清洁。 b 试验室内备有必要的消防设施和消防防护装备，例如：消防栓、灭火器、石棉布等。 c 风机的转动部分及其传动装置必须装有防护罩

37、，在风机断电之前或转动时，禁止取下防护罩 或其它防护设备。风机使用过程中，局部会产生高温，应避免碰触外壳以免烫伤。 d 在试验过程中，如发生测量仪表故障或运行设备故障，应及时终止试验，待处理正常后再继 续进行。 试验人员试验人员 a 试验人员着装不应有可能被转动的机器绞住的部分和可能卡住的部分，进入试验现场应穿着 材质合格的工作服，禁止穿拖鞋、凉鞋、高跟鞋，辫子、长发必须盘在工作帽内。 b 在风机运行过程中，禁止触摸设备的旋转的部分，严禁将其他物体伸入防护罩内。 c 试验过程中，若需在高处调整试验装置或进行数据采集时，试验人员要系上安全带，禁止穿 硬底鞋、拖鞋、高跟鞋以及带钉或易滑的各种鞋从事

38、高空作业，禁止从高处跳上跳下。 d 高处作业时所用梯子要安放牢固，所用材料要摆放平稳，不得妨碍试验操作；工具用完应随 手放入工具袋内，防止工具坠落伤人；上下传递物件时，禁止抛掷。 2.2.4 一般电气安全注意事项： a 试验室内所有电气设备的金属外壳均应有良好的接地装置，使用中不准将接地装置拆除或对 其进行任何工作。 b 不准靠近或接触任何有电设备的带电部分，严禁用湿手去摸触电源开关以及其它电气设备。 c 电源开关外壳和电线绝缘有破损不完整或带电部分外露时，应立即找电气人员修好，否则不 准使用。不准使用破损的电源插头插座。 d 在试验过程中若有人触电，应立即切断电源，使触电人脱离电源，并进行急

39、救。 e 试验室遇有电气设备着火时，应立即将有关设备的电源切断，然后进行救火。 2.3 实验具体流程 2.3.1 风道和炉膛速度场测量 1、分五级风量调节风机变频器，记录靠背管测量值、风道风压值与风机电机频率关系，同时 记录风道中部热线风速仪测量值与风机电机频率关系； 2、使用热线风速仪和标准毕托管分别测量风道中部速度分布，确定额定风量下的风机入口挡 板开度，并将挡板开度固定在额定风量位置不变，记录靠背管测量值； 3、测量风道入口速度分布； 4、测量风道出口速度分布； 5、根据三维坐标值，通过热线风速仪和涡轮风速仪测量炉膛内轴向速度分布；注意在回流区 气流的流向。 2.3.2 风道和炉膛速度场

40、示踪 1、在风道入口 5*5 个位置分别把反光彩色丝线逐渐送入，观察和录制轨迹； 2、在风道中部 5*5 位置分别把反光彩色丝线逐渐送入，观察和录制轨迹； 3、在风道后端喷口前 5*5 位置分别把反光彩色丝线逐渐送入，观察和录制轨迹； 4、视情况选择在风道中部或后端 5*5 位置分别把示踪的有色气体送入，观察和录制轨迹，特 别注意炉膛内有色气体的运动轨迹； 5、根据二维坐标值在炉膛拉细丝线网，观测和录制三维动力场情况。 2.3.3 粉料示踪 1、在风道入口 5*5 个位置分别把粉料逐渐送入，观察和录制风道与炉膛内的粉料运动轨迹； 2、在风道中部 5*5 位置分别把粉料逐渐送入，观察和录制风道与

41、炉膛内的粉料运动轨迹； 3、在风道后端喷口前 5*5 位置分别把粉料逐渐送入，观察和录制风道与炉膛内的粉料运动轨 迹； 2.3.4 粉料收集 1、在风道入口 5*5 个位置分别把定量的粉料逐渐送入，在喷口出口位置用布袋分别收集浓粉 口和背火侧淡粉口的粉料； 2、在风道中部 5*5 位置分别把定量的粉料逐渐送入，在喷口出口位置分别用布袋收集 5*5 次 浓粉口的粉料； 2.3.5 风速 75%的额定风量实验 1、测量风道中部速度分布； 2、根据三维坐标值测量炉膛内轴向速度分布；注意在回流区气流的流向。 3、在风道中部 5*5 位置分别把反光彩色丝线逐渐送入，观察和录制轨迹； 4、视情况选择在风道

42、中部或后端 5*5 位置分别把示踪的有色气体送入，观察和录制轨迹，特 别注意炉膛内有色气体的运动轨迹； 5、在风道中部 5*5 个位置分别把定量的粉料逐渐送入，在喷口出口位置用布袋分别收集浓粉 口和背火侧淡粉口的粉料； 2.3.6 风速 50%的额定风量实验 重复步骤六内容 2.3.7 风速 25%的额定风量实验 重复步骤六第 1、2 和 4 项的内容，炉膛内只测量喷口出口附近风速。 2.4 实验人员具体实验过程 1)打开积灰箱通风门，检查各测点连接情况，确保测孔密封良好，测量仪器探头在试验位置； 2)保证导气管畅通，U 型管左侧液面刻度初始位置为零，U 型管只左侧连接导气管测全压， 两侧均连

43、导气管测动压，由动压可计算出相应风速； 3)接通动力系统及测控系统电源，打开计算机，启动风机前打开电机风扇，必要时打开照明； 4)通过数据采集系统启动风机，通过改变输入频率调节风机转速，检查 U 型管液面及在线监 测数据是否正常； 5)待风机运行稳定后，即可观测记录试验装置内部的压力及风速等参数； 6)在测量炉膛内部风速时，将风速仪固定于支撑架上，测量人员应尽量远离喷口，通过激光 笔和炉膛底面及侧面的刻度线确定探头坐标位置； 7)进行炉膛内粉料及丝线示踪时，将高速摄像机固定于水平和竖直检测车上，并调整到合适 的位置，保证摄像机前面的炉膛玻璃表面干净； 8)在向料箱加料前，将料箱与风箱间通气管的

44、球阀及下料口阀门关闭，加料后，将加料口封 闭，然后再打开通气球阀和下料口阀门； 9)进行丝线示踪时，将丝线网固定于炉膛内支架上，摄像机从不同位置拍摄丝线的摆向； 10)10) 实验结束后，关闭测控及动力系统电源，将炉膛及积灰箱打扫干净，关闭积灰箱通风门。 2.5 实验中常识部分和后续试验注意事项 2.5.1 常识部分 1、风道顶部、侧壁开孔下料和示踪，测量速度和风压；风道开孔接口位置均设有可观测测量 位置的刻度； 2、浓粉口和背火侧淡粉口要敞口（距离喷口 150300mm）收集粉料，估算浓缩率；浓粉口收 料布袋按喷口阶梯结构分为相隔离的三部分，布袋长度不小于 1 米； 3、料仓有通气孔，下部接

45、口设容积 2000ml 的有机玻璃计量筒，可较准确计量每次试验的下粉 量。计量筒有送气接口。 4、计量筒下料口用软管与风道进料口进口接管连接，进口接管标有刻度，可准确控制插入风 道的深度； 5、风道进料口进口接管也可连接用于示踪的有色气体的容器和送入反光彩色丝线； 6、模拟炉膛部分架设细丝线网，观测动力场。拉丝的线径不大于 1mm，丝径不大于 0.5mm，丝 长 15mm，间距 30mm； 7、炉膛四角设带刻度支架和横梁，激光笔固定在滑动块上，可左右和上下平移，通过左右和 上下交叉的激光束确定测点坐标位置； 8、风道中设测压点，测量喷口阻力与风速的关系。 9、示踪试验过程全部用活动架设的高清摄

46、像机拍摄记录，摄像机至少在水平和垂直方向各布 置 1 台，同时摄制。先摄制风道，再摄制炉膛，摄像时文件编号和时间与试验内容记录对应。 10、风机固定在可靠的基础，确保试验期间的安全； 11、钢架设有必要的爬梯和平台，便于观察和测量； 12、风道与风机的连接采用软连接； 13、喷口与风道、炉膛的连接采用活动连接，并密封可靠，便于进行拆装以试验不同喷口。 14、模拟炉膛内和风道采用散光照明，喷口侧的四个角各一盏 32W 节能灯，沿气流方向左上角 一排节能灯。风道可采用移动照明。 2.5.2 后续试验注意事项 1、风机参数增加（计算炉膛设计参数） ，采用变频调节，风箱配风，可同时向两个实验装置提 供

47、供风： 2、喷口的集封稳焰器可更换，以进行不同实验对比。 3、风道导流板可更换和旋转调节，以实验不同阻力和浓淡分离特性。 4、修改风道测量孔， 5、增加风道入口下灰的缝隙和装置（给灰量控制） ，以测量不同粉浓度下的阻力特性。 6、集粉稳焰器斜面可设计 2 套模板（前端部厚度 20mm，每套 2*4=8 件，共 16 件） ，粘附在上 面，改变其倾角和阻力，分别作相关实验。模板可以用薄有机玻璃或泡沫等可塑材料，表面贴塑料 板。 7、实验装置后面设立一个 U 形管排架， ，按规律摆放 8*2+5+5+3 个 U 形管可以直观观察各位置 压力，和速度（靠背管） 。侧面 8*2 个孔为连续测量，一直连

48、接着 U 形管，并通过三通连接在线数 据采集系统；喷口出口 5 个孔作为一组连续测量毕托管，一直连接着 U 形管，并通过三通连接在线 数据采集系统监测喷口出口风速；其它上面每 5 个孔作为一组测量，共享 5 个 U 形管，可监测速度 和压力；一个风箱上的孔一直连接 U 形管以检测风箱风压，一个 U 形管监测平均风速（毕托管） ， 一个 U 形管备用。 8、在线风速测量仪检测平均风速和喷口出口风速。 9、粉料采用 0,05mm0.09mm 粒径，如果能分别测试不同粒径更好。 2.6 拟完成试验结果 完成实验调试和全部实验任务，并给出解耦燃烧器工作性能评价，提出目前结构的解耦燃烧器 的燃烧组织方法

49、及优化建议。 第三章 数据处理及结果分析 3.1 试验进展情况 试验装置测点于 2014 年 11 月底基本安装完成，12 月份进行初步试验。 2014 年 12 月前两周，进行了风机试运，风道段、浓淡分离段及喷口段各个测点的压力及风速 的测试。第三周，开始安装试验数据在线采集系统，预计第四周可安装调试完成。 2015 年 4 月进行试验：炉膛内部风速测量， 2015 年 5 月进行试验前两周进行粉料示踪试验尝试 尚未完成结果的实验：粉料示踪，彩色丝线示踪。 试验中出现的问题： 1.风道入口处，空气分布不均匀，不同位置风速偏差较大。考虑风箱出口处加装均流板（蜂窝 芯板整流网） 。 2.测量炉膛

50、风速过程中测点变动性强，对实验结果有一定影响。 3.粉料示踪实验中粉料取用不方便，有色气体收集困难，暂时无法进行后续试验。 3.2 实验数据处理（风道） 试验装置测点分布图 1 风箱内部压力与变频器频率关系 2 风道侧面测点所在水平方向压力与频率的关系 3 （50Hz）B1 截面速度分布 m/s 4 （50Hz）B3 截面速度分布 m/s 5 C-S1、C-S2、C-S3 三测点水平方向平均压力 6 （50Hz）C1 截面速度分布 m/s 7 （50Hz）C5 截面速度分布 m/s 8 D 截面各测点在竖直方向的平均速度 m/s 3.3 实验数据处理（炉膛） 数据测点位置，以及坐标正方向。 1 xz 平面，示例 y=-300 平面 2 xz 平面，示例 y=0 平面 3 xz 平面，示例 y=300 平面 4 xy 平面，示例 z=-200