消旋叶片位置对旋风分离器分离特性的影响

1、 第15卷第1期燃烧科学与技术Vol . 15No . 12009年2月Journa l of Co m busti on Sc i ence and Technology Feb . 2009消旋叶片位置对旋风分离器分离特性的影响李争起, 靖剑平, 任枫, 孙亮, 李端开, 李世龙(哈尔滨工业大学能源科学与工程学院, 哈尔滨150001摘要:在一气固两相实验台上, 对一台1025t/h的W 分析了不同乏气风门开度下, . 结果表明, 在乏气风门开度分别为20%和40%时, , , 系统阻力下降, , , 系统阻力略有增加. 关键词:W 型火焰锅炉; 旋风分离器; 消旋叶片; 气固两相流动中图

2、分类号:TK224. 1文献标志码:A 文章编号:100628740(2009 0120001204I nfluence of Adjust able Vane Positi on on Separati n gCharacteristi cs of Cyclone BurnerL I Zheng 2qi, J I N G J ian 2p ing, REN Feng, S UN L iang, L IDuan 2kai, L I Shi 2l ong(School of Energy Science and Engineering, Harbin I nstitute of Technol

3、ogy, Harbin 150001, China Abstract:An experi m ental study on the cycl one burner of a 1025t/hdown 2fired boiler was carried out on a gas 2s olid t w o 2phase fl ow test facility . W ith different vent air valve openings, the influence of the positi on of the adjustable vane on the characteristics o

4、f gas distributi on, syste m resistance and particle separating efficiency of the cycl one burner with different vent air valve openings was acquired . The results show that when the vent air valve opening was 20%and 40%res pective 2ly, with the adjustable vane a way fr om the nozzle, both the rati

5、o of vent air and the system resistance decrease, while the particle separating efficiency increases . A s the vent air valve opening decreases, the vent air rati o decreases obvi ously while the system resistance increases slightly .Keywords:down 2fired boiler; cycl one burner; adjustable vane; gas

6、 2s olid t w o 2phase fl ow中国是以煤为主要能源的国家, 煤炭储量丰富, 其中很大一部分为贫煤和无烟煤. W 型火焰燃烧技术是目前燃用低挥发分煤应用最为广泛的技术之一1多类似的地方, 因而, 在研究的过程中借鉴了一些常见旋风分离器的研究成果. A lexander 等撞对颗粒运动特性的影响. 唐强等率的计算公式. 钱付平等543研究了颗粒碰. 在研究了旋转气固我国,W 型火焰锅炉现已投产40余台, 在建几十台. 在已投产的W 型锅炉中, 普遍存在飞灰可燃物含量高、燃烧不稳定、NO x 排放量高等问题. 为找到解决这些问题的方法, 对燃烧器气、固分配特性的研究是十分必要

7、的.W 型火焰炉旋风分离器是F&W 公司开发的一种2两相流中尘粒的运动特性及分离效率, 提出了分离效利用欧拉2拉格朗日坐标系对不同结构的旋风分离器内气固两相流动进行了模拟, 同时对旋风分离器的分离性能进行了实验研究. 目前对旋风分离器的研究采用数值模拟的方法较多, 实验方法较少, 因此, 笔者采用实验方法, 对一台1025煤粉浓缩器, 此旋风分离器与常见的旋风分离器有许收稿日期:2007209218.基金项目:教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NECT 20420328 ; 国家高技术研究发展计划(863 资助项目(2006AA05Z321 . 作者简介:李争起(1967 , 男,

8、 博士, 教授. 通讯作者:李争起, greenhit . edu . cn . 2燃烧科学与技术第15卷第1期t/h W 型火焰锅炉拱上的单只旋风分离器进行了研路”, 得到比较好的炉膛充满度6 .究, 分析了不同乏气风门开度下消旋叶片位置对分离器气相分配特性、系统阻力以及颗粒分离效率的影响.1W 型火焰炉旋风分离器及实验台简介1. 1W 型火焰炉旋风分离器结构介绍图1给出了W 型火焰炉旋风分离器模化实验台的结构及参数. 它主要包括以下几个部分:旋风子, 乏气管, 乏气挡板, 消旋叶片. 入分离器, , , , 从而在壁面附近形成高煤粉浓度区域, 最终从主喷口流出, 少部分颗粒随气流从乏气口喷

9、出. 这样, 入口一次风被分为两股, 其中一股携带大部分的煤粉从主喷口喷出, 形成浓煤粉气流; 另外一股携带少量的煤粉从乏气口喷出, 形成淡煤粉气流, 通常称为乏气. 为达到较好的浓淡燃烧效果, 一般要求主喷口与乏气喷口的一次风量各占50%. 由于主喷口和乏气管出口都通入到炉膛中, 因而图2消旋叶片1. 2实验台系统简介在主喷口出口处和乏气管出口处静压相同 .为便于实验室研究, 对原燃烧器进行模化缩小. 相似模化主要考虑以下几个方面:满足单值性条件中的几何结构相似; 保证颗粒入口粒度分布特性相似性; 保证颗粒入口浓度相同; 保证St okes 准则数相同; 保证雷诺数处于第二模化区; 保证颗粒

10、傅鲁德数为常数.分离器按照13. 1375的比例缩小. 设计时, 主要考虑旋风子内部尺寸的相似.气固两相实验系统如图3所示. 粉由绞龙给粉机给入. 由于整个系统处于负压状态, 风携带粉从入口管进入, 在入口段经过较好的混合和加速, 进入到旋风子内. 风、粉在旋风子内通过旋转分离被分成浓淡两股气流, 两股气流分别经过旋风分离器和锁气器, 将粉收集下来, 空气进入主风道与旁路风一起经除尘器, 由风机排入大气. 为模仿真实的旋风分离式浓淡煤粉燃烧装置运行状态, 使图3中乏气口静压测点与主喷口静压测点的静压相同.为验证两相实验台的合理性, 首先对直接排入空图1旋风分离器结构示意(单位:mm 通过控制乏

11、气挡板开度, 可以在一定范围内改变乏气的流量, 从而控制浓一次风的流量和煤粉浓度. 图2显示的是消旋叶片, 是圆周上三等分角度的直叶片,深入到主喷口直段内, 通过拉杆调节其位置. 消旋叶片的作用是可以减弱从燃烧器主喷口出来的煤粉气流旋流强度, 使气流具有很好的刚性, 有较长的射流行程,能较好地穿过高温烟气, 避免出现火焰上飘, 发生“短1消旋叶片; 2支架; 3旋风子; 4乏气风门; 5主风道; 6风门; 7旋风分离器; 8锁气器; 9粉斗; 10给粉机图3旋风分离器气固两相实验系统示意 2009年2月李争起等:消旋叶片位置对旋风分离器分离特性的影响3气的系统进行实验, 与两相实验系统中进行的

12、单相实验结果作对比. 实验系统如图4所示. 实验表明, 两个系统所测得的乏气百分比基本相等, 从而说明了气固两相实验方法的合理性 .1入口速度测点; 2入口静压测点; 3乏气静压及速度测点; 4乏气挡板; 5旋风子; 6支架; 7消旋器; 8主喷口静压测点图4排空实验系统示意2消旋叶片位置对气流分配特性的影响由于乏气风门开度增大至50%以后, 乏气风量明显增加, 主喷口出口风量减少, 主喷口出口射流刚性减弱, 气流下行距离缩短, 容易“短路”上行, 实际调试中7发现, 炉膛负压不稳, 锅炉不能稳定运行, 使得在实际运行中乏气风门开度一般在30%50%, 因此在乏气风门开度为20%和40%时,

13、笔者对消旋叶片在不同位置时对分离器的分离特性的影响进行了实验研究.图5给出了在入口风速为21m /s 的条件下, 乏气风门开度分别为20%和40%时, 消旋叶片位置对乏气百分比的影响结果. x =0时表示消旋叶片末端与主喷口出口平齐(见图1 , x 轴正方向表示消旋叶片向上移动. 在相同的入口条件下, 两个工况的乏气百分比先随着消旋叶片向上移动而减小, 而后趋于稳定, 乏气风门开度为40%时, 乏气百分比降低幅度更大. 随着乏气风门开度的减小, 乏气百分比明显降低, 当乏气风门开度为20%时, 乏气百分比接近于0.图6给出了在入口风速为21m /s 的条件下, 乏气风门开度分别为20%和40%

14、时, 消旋叶片位置对系统阻力的影响. 由图6可知, 当消旋叶片距离主喷口出口0300mm 时, 两种风门开度下的系统阻力迅速下降; 当消旋叶片继续上移, 系统阻力趋于稳定. 乏气风门开度为20%时, 系统阻力要略高于乏气风门开度为40%时的系统阻力 .在初始阶段, 消旋叶片完全进入到主喷口出口直管段中, 此时主喷口出口气流阻力较大, 因此乏气管内气体流量较大, 乏气百分比较高. 随着消旋叶片的不断上移, 其进入直管段内的深度不断减少, 主喷口出口气流阻力不断降低, 乏气管内气体流量降低, 乏气百分比下降. 当消旋叶片继续上升, 消旋叶片已完全离开主喷口直管段, 进入到旋风子锥体内, 此时主喷口

15、出口气流阻力变化很小, 乏气百分比基本保持不变. 系统阻力的降低主要是由于主喷口出口气流阻力下降引起的.3消旋叶片位置对颗粒分离效率的影响图7给出了乏气风门开度分别为20%和40%时, 消旋叶片位置对颗粒分离效率的影响. 两相实验的入口条件与单相实验时相同. 与单相实验结果相比, 加入图7消旋叶片位置对颗粒分离效率的影响 4燃烧科学与技术第15卷第1期颗粒后, 气体在主喷口侧和乏气喷口侧的分配变化不大, 可近似认为不变. 由图7可知, 随着消旋叶片的向上移动, 两种乏气风门开度下的颗粒分离效率均呈现上升趋势. 这是因为消旋叶片的向上移动减小了主喷口出口处气流的阻力, 沿主喷口出口流出的风量和粉

16、量增加, 颗粒分离效率增加.图8给出了在入口颗粒质量分数为0. 58的条件下, 乏气风门开度分别为20%和40%时, 消旋叶片位置对主喷口出口颗粒质量分数的影响. 从图8可知, 当乏气风门开度为40%时, 时, 变化很小. 由图5, 当乏气风门开度为40%时, 乏气百分比下降幅度较大, 导致主喷口出口气流流量增加, 主喷口出口颗粒质量分数下降; 而当乏气风门开度为20%时, 乏气风量很低, 乏气百分比下降幅度较小, 主喷口出口气流流量变化较小, 因而主喷口出口颗粒质量分数变化较小. 乏气风门开度为40%时, 主喷口出口最大颗粒质量分数为0. 63; 乏气风门开度为20%时, 主喷口出口最大颗粒

17、质量分数为0. 59, 与入移动, 两种风门开度下乏气百分比先降低, 而后趋于稳定. 随着乏气风门开度的减小, 乏气百分比明显降低.(2 两种风门开度下的系统阻力随着消旋叶片的向上移动先迅速下降, 而后趋于稳定. 乏气风门开度为20%时的系统阻力略高于乏气风门开度为40%时的阻力.(3 随着消旋叶片的向上移动, 两种工况的颗粒4时, 主喷口出口颗粒; 当乏气风门20%时, 随消旋叶片的向上移动, 主喷口出口颗粒质量分数变化很小. 参考文献:1Garcia 2M all ol J A, Steitz T, Chu C Y, et al . U ltra 2l ow NO xadvanced F

18、W arch firing:Central power stati on app licati ons C /Proceedings of the 2nd U. S. China NO x and SO 2Control W orkshop . Dalian, China, 2005:25228.2Ren Feng, L i Zhengqi, Sun Shaozeng, et al . I nfluence ofthe secondary air 2box damper opening on airfl ow and com 2busti on characteristics of a dow

19、n 2fired 3002MW e utility boiler J .Energy and Fuels , 2007, 21(2 :6682676.3A lexander K, Efstathi os E M. An analytical app r oach f or thecl osure of gas 2s olid fl ows with inter 2particle collisi ons J .International Journal of M ultiphase Flo w, 2004, 30(2 :口颗粒质量分数相比, 乏气风门开度分别为20%和40%时, 主喷口出口颗粒

20、质量分数略有提高. 在实际运行当中, 乏气风门通常处于30%50%的开度, 从上述的实验结果可以看出, 旋风分离器的浓缩效果较差. 在这样的工作状态下, 煤粉燃烧不符合浓淡燃烧的原理, 会导致NO x 排放量过高、燃烧不稳定等问题的产生 .1592180.4唐强, 张力. 旋转气固两相流动与分离数值模拟J .工程热物理学报, 2007, 28(4 :6252628.Tang Q iang, Zhang L i . Nu merical si m ulati on of gas 2s olid fl ow and separati on in r otati onal fl ow J .Journal of Engi 2neering Ther m ophysics , 2007, 28(4 :6252628(in Chi 2nese .5钱付平, 章名耀. 不同排尘结构旋风分离器的分离特性J .燃烧科学与技术, 2006, 12(2 :69274.Q ian Fup ing, Zhang M ingyao . Separati on characteristics of cycl one separat ors with different dust out