小型煤粉锅炉旋流燃烧器冷态试验研究

【摘要】：我国的能源消耗以煤炭为主且效率低下,同时煤炭燃烧产生大量的氮氧化物、二氧化硫和粉尘等固体污染物。冬季我国北方需要供暖,降低单体容量较小、分布广泛的供暖锅炉的污染物排放是节能减排和改善环境的重要努力方向之一。S市计划把低效高污染的链条供暖锅炉改造成高效低污染的煤粉供暖锅炉。德国GTK集团和法国皮拉德公司联合提供了四种改造方案,方案一是拆除锅炉的链条,加装煤粉燃烧器,还需要将炉拱上方的设备全部上移腾出燃烧器着火的空间;方案二是拆除锅炉的链条,加装煤粉燃烧器,不改变其他的设备,但需防止炉膛底部漏风并加装耐火材料;方案三是在炉膛链条的两侧加装煤粉燃烧器并需要重新进行设计计算;方案四是将锅炉的链条和炉拱全部取出,在炉膛底部加装天然气燃烧器。用户考虑供暖锅炉长时间低负荷运行的特点和供暖行业日负荷变化率高的现实,选择了第三个改造方案。本课题是为项目实施单位T宝成锅炉厂设计符合要求的工业供暖煤粉锅炉旋流燃烧器锅炉燃烧机拆除方案,并通过该燃烧器的冷态模化实验,验证设计的合理性。考虑到改造锅炉炉膛容积有限的现实和所选劣质煤粉的燃烧特性,这需要保证煤粉颗粒在锅炉的停留足够时间大于2s,保证煤粉气流不冲刷对面的水冷壁,所以火炬长度不能超过5.8m,同时还应具有较大的回流区,以保证煤粉气流稳定燃烧。本课题首先设计了满足上述要求的旋流燃烧器,设计内容包括:旋流燃烧器的热力计算设计、燃烧器的结构计算及燃烧器出口扩口的设计。除形成加工图纸外锅炉燃烧机拆除方案,还加工了燃烧器以备实验测试使用。然后设计并建造了旋流燃烧器冷态模化试验台,包括其测量系统和控制系统。而后进行了27种工况的流场观察,选择其中混合和扰动较好的8种工况的空气动力场进行测试。最后通过对比,选出**的一二次风的扩口角度为13°、一次风的速度为16m/s、二次风的速度为21m/s。在此**结构参数和工况下,计算出煤粉气流在锅炉的停留时间约为2.125s,火焰长度约为5.3m,测量出中心回流区长度约为2m(为5倍二次风管直径)径向距离约为0.7m(为1.5倍二次风管直径),**回流速度约为6m/s。说明,所设计的旋流煤粉燃烧器满足T宝成锅炉厂的需求。