同轴交叉旋转射流过程燃烧特性的实验研究.pdf

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1、第33卷第1期煤炭转化Vo1．33N0．12010年1月C()AIC()NVERSR)NJan．201o同轴交叉旋转射流过程燃烧特性的实验研究张莉¨叶世超’李黔东摘要对同轴交叉旋转射流过程的流动和燃烧性能进行了实验研究．结果表明，该射流装置中心管喷口的孔流系数为0．605，旋片阻力系数为0．09；气体从喷口喷出后会在喷口中心形成负压区，轴向速度衰减较快，燃烧所需空气过剩系数小，火焰透明，火体有力，燃烧充分，可以实现低热值燃气在焦化管式加热炉的高效洁净燃烧．关键词流动，燃烧，交叉射流，旋转射流，管式炉中图分类号TQ5340引言国内焦化厂通常采用引射式燃烧器燃用焦炉煤气对

2、管式炉进行加热，而我国绝大多数钢铁一焦化联一合企业普遍存在焦炉煤气短缺和高炉煤气剩余的矛盾．高炉煤气因其热值低，点火困难，不易燃烧而被大量放散，不仅浪费了资源也给环境带来污染．11突破焦化管式炉燃用高炉煤气的技术瓶颈，开发适合图1冷态买验装置于低热值燃气在低温管式加热炉的高效洁净燃烧技Fig．1Experimentalapparatusofthecoldstateexperiment术，具有良好的经济价值．燃烧是一种具有剧烈化学风速仪测量烧嘴出口的点速度，考察烧嘴的流动特反应的流动现象，根据阿累尼乌斯的碰撞反应原理，性．其相关的计算公式如下．实现低热值燃气燃烧的前提条

3、件，就是要使燃气分孔流系数计算公式为：子和助燃气分子尽快接近，彼此碰撞．为此，结合C，一——(1)旋转射流燃烧器、交叉射流燃烧器及钝体燃烧器的H、I2△原理和特点，设计了同轴交叉旋转射流燃烧实验o装置，通过冷态流动模拟实验和热态燃烧实验，研究式中：Ap为模拟燃气进、出口压差，Pa；Q为模拟燃了该燃烧器的流动和燃烧特性，为工厂低热值燃气气实际流量，m。／h；P为实验状况下模拟燃气密度，的高效洁净燃烧提供了实验依据．kg／m。；A为中心管喷孔总面积，m．阻力系数计算公式为：1买验部分2Ap(2)一fJ“1．1冷态实验式中：Ap为空气进、出口压差，Pa；U为燃烧器喷口平均流

4、速，m／s；为实验状况下空气密度，kg／m。．冷态实验装置见图1，以低压空气模拟煤气的1．2热态实验流动，模拟燃气和助燃空气分别由HG550型和HG1100型旋涡气泵供入烧嘴．实验利用调节阀门热态实验装置见第45页图2．燃气由液化煤气开度控制模拟燃气和助燃空气流量，采用U型压差罐直接提供，助燃空气由HG1100型旋涡气泵提计、转子流量计和孔板流量计分别测量模拟燃气供，为保证炉内负压燃烧，烟气经换热后由引风机抽和助燃空气的压差和流量，ZRQF—D型智能热球式吸排空．调节阀门开度控制燃气和助燃空气流量，采*图家自然科学基金资助项目(20676082)．1)硕士生；2)教授

5、、博上生导师；3)博士、工程师．四川大学化学工程学院，610065成都收稿日期：200908—01；修刚日期：200910一l6第1期张莉等同轴交叉旋转射流过程燃烧特性的实验研究45气流经壁孔的孔流系数，孔流系数与中心管雷诺数之间的关系见图4．图4中为燃烧器喷孔特征参数，为喷孔总面积和中心管截面的比值．由图4可iq一uifiedfuelgast'见，随着雷诺数的增大，孑L流系数虽有波动，但接近图2热态买验装置Fig．2Experimentalapparatusofthehotstateexperiment用转子流量计和孑L板流量计分别测量燃气和助燃空气的流量，采用热电

6、偶测量炉膛出口温度，获得该燃烧器最佳燃烧状态的过剩系数，考察烧嘴的预混效．果．最后将烧嘴与炉膛分开，分别用直流式燃烧器和本文所设计的燃烧器在供入相同的燃气量时进行燃烧对比，肉眼观察燃烧情况，考察烧嘴的燃烧性能．图4孔流系数与中心管雷诺数关系1．3同轴交叉旋转射流燃烧器Fig．4Variationalcurveofdischargecoefficientandreynoldsnumber同轴交叉旋转射流燃烧器的示意图见图3．燃于一条水平线，孔流系数可作常数处理，其值约为0．605．关闭模拟燃气阀门条件下，测得助燃空气流经旋流叶片的阻力系数与喷口雷诺数之间的关系曲线(见图

7、5)．由图5可知，随着雷诺数的增大，阻力系图3同轴交叉旋转射流燃烧器示意图Fig．3Schematicsofthecoaxialcross—premixedswirlingburner料气通过中心管上的12个小孔沿径向喷出，l2个fl,：fL位于倾角为45。的旋流叶片之前，燃料气与助燃空气经交叉射流和旋转混合后再从喷口喷出，进入燃烧室燃烧．燃料气分成多股流和空气流互相垂直，有利于燃气和空气迅速混合，混合后的燃气和空图5旋片阻力系数与喷口宙诺数关系气产生一定的旋转动量射出，在轴向方向形成压力Fig．5Variationalcurveofdragcoef