工业锅炉炉内空气动力场的试验的研究.pdfVIP

工业锅炉炉内空气动力场的试验研究 王 军 (山东科技大学济南校区动力与控制工程学院，济南25003I) 摘要空气动力场的研究一直是科技工作者感兴趣的课题之一，现有的研究大多数 属于理论上的探讨，结合工程实际略显不足， 本文以一台热效率比较高、环保指标较好 的热水锅炉为研究对象，进行了炉内空气动力场测试，试验结果表明：炉膛形状对炉内 空气动力场有较大影响，合适的炉膛形状有利子节约燃料、降低锅炉污染物排放，对于 工业锅炉的设计、改造有较大意义． 关键词工业锅炉 炉膛 空气动力特性 l引言 f：业锅炉作为重要的热能动力设备，在我国得到了广泛的应用，目前锅炉使用中普 遍存在能耗高、污染严重的问题。据有关资料统计，在用锅炉的运行热效率比产品的鉴 定热效率低5％．10％以上，与国外相比低10％-15％以上。锅炉热效率低不仅造成了能源 的浪费，而且导致污染物排放超标，造成大气污染。 工业锅炉热效率低、初始排尘浓度高都与燃烧有关。炉内空气动力场在强化炉内燃 烧，降低污染物的排放中起着重要作用，·因此我们选取了一台热效率较高、低烟尘的热 水锅炉进行炉内空气动力特性的研究，找出炉内结构对空气动力场的影响，以期改进炉 膛结构，保证充分燃烧，提高锅炉的效率，降低初始排尘浓度。 2原理 煤粒在不同气流速度下会呈现不同的运动形式。层燃炉中大块的煤在炉排上燃烧， 气流从煤层间的缝隙通过，气流速度w愈火则飞走的煤粒愈多， lS走煤粒的直径愈大。 上述现象可以通过单个煤粒的受力情况来说明。图1为煤粒受力情况，单个煤粒主 要受到两个力作用，一个是煤粒的重力G，另一个是气流对煤粒的举升力F，计算公式如 下： ·427· G=(yF—y口)VF F一圭Q!三竺≥：兰。』 2 g 公式符号意义： YF一煤粒的真实重度：y。．空气的重度；VF-煤粒的体积： 毛．煤粒在空气中的阻力系数： W．气流的实际速度： V．煤粒受重力作用的下降速度：f-煤粒的迎风面积： g．重力加速度 十 十 十F 图I煤粒受力图 如果假定煤粒是圆球形，则无论煤粒怎样转动其迎风面积都不变，此时煤粒与气流 间呈现二种不同的状态： 第一种状态，当w比较小时，F(G，此时煤粒下沉或在炉排上不动。 第二种状态，当w增大到某一定值时，F=G，此时煤粒不下落也不飞走，而是浮在气流 之中自由运动。 第二种状态，当w继续增大时，则F)G，此时煤粒被气流带走。 由于实际情况下煤粒的尺寸是极不相同的，不可能使全部颗粒都满足F=G的要求。 对丁．同一颗粒而言，因其实际上并非球形，迎风面积必然随运动而变化，所以有时F=G， 有时可能F(G，有时FG。 合适的炉膛形状可以形成良好的炉内空气动力场，使大多数的煤粒处于F=G状态， 从而延长煤粒在炉内停留时间，降低烟气黑度。 3试验方法 通过改变炉膛的结构、形状使炉内的空气动力场发生变化，布置测点，测量各个测 点的压力，用数据处理软件进行实验数据的处理，得出各点的速度矢量值。根据所得速 度矢量值，经过可视化软件处理，显示出不同炉内结构形状下炉内不同截面上速度矢量 分布图，从而得出炉内冷态空气动力场。 炉膛内部两侧六根对称的水冷壁管为X方向网格，沿每根水冷壁管划分Z方向网格， 在坐标架上划分Y方向网格。试验区域为0．6(X方向)X 14X7共 的长方体空间，在X方向、Y方向以及Z方向等间距(间距为0．12m)布置6X 588个测点。 ·428· 4分析讨论 炉膛是燃料燃烧的区域，燃料燃烧状况的好坏决定了锅炉效率的高低和它