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中二次风水平摆角对炉内气固流动特性的影响

作　者: 秦香彬
导　师: 孙绍增
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 四角切圆中二次风冷态模化试验气固流动特性
分类号: TK221
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 23次
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内容摘要

煤粉燃烧效果的好坏在很大程度上取决于煤粉燃烧时的空气动力场，对于四角切圆燃煤锅炉，深入了解中二次风水平摆角对炉内气固两相流动特性的影响的规律对理论和工程实践都具有极其重要的意义。本文根据相似模化理论对某台四角切圆燃烧锅炉的气、固两相流场进行了冷态模化试验，分析了不同的中二次风水平摆角对炉内气固两相流动特性的影响。首先以某台600MW亚临界单炉膛П型布置锅炉为原型，根据模化原理，选用1:25的模化比，搭建了气固两相流动特性试验台，并对其进行严格的调试，确定了试验参数。为初步研究炉内一次风射流的流动情况，本文首先进行了示踪试验，利用片光源和高速摄影技术，拍摄了大量煤粉射流在炉内流动情况的照片，并使用MatlAB程序对这些照片进行量化处理，对这些图片从定性和定量两方面进行分析，结果表明：随着中二次风水平摆角的增大，一次风射流偏转角度逐渐变大，射流转折点逐渐提前。炉内实际切圆直径逐渐增大，使炉膛的充满度更好，上游邻角火焰向下游煤粉气流的根部靠近，煤粉的着火条件较好。但当偏转角度过大时，已经明显的出现贴壁现象。相对应于锅炉实际运行时，这将会引起水冷壁壁面的结渣。同时，上游邻角火焰过于靠近下游煤粉气流的根部，将使煤粉着火提前，会增加燃烧器喷口的热负荷，造成危险。在示踪试验结果的基础上，本文使用三维PDA测量系统对炉内气固两相流动特性进行了精确测量，得到不同中二次风水平摆角下的一次风射流轨迹、气固两相的速度、湍流动能以及炉内的浓度分布等。试验结果表明：气固两相的切向、径向及轴向速度滑移都不明显。气固两相的湍流脉动具有各向异性的特点，但气体、小颗粒和大颗粒的脉动差别较小。在射流的向火侧存在剪切涡、背火侧存在尾迹涡，因此射流两侧的剪切应力比较大，湍动能也比较大，存在着比较强烈的能量和物质的交换。在燃烧器区域的喷口处，湍动能比较大，湍流强度较强；到炉膛中心，湍流动能比较小，湍流程度减弱。二次风摆角增大时，炉内切圆直径增大，最大浓度线基本上始终在最大速度线的内侧，形成了“风包粉”的良好的气固两相流场。在射流自由发展区，浓度的主峰位置基本不随中二次风水平摆角的变化而变化。因此，适当增大中二次风水平摆角可以延迟一、二次风的混合，实现炉内水平分级燃烧；并且有利于水冷壁附近形成良好的氧化性气氛。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-22
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 煤粉燃烧技术综述  11-13
  1.3 炉内空气动力场冷态试验研究综述  13-16
  1.4 气固湍流流动理论分析基础  16-17
  1.5 四角切圆燃烧炉膛内煤粉颗粒的受力分析  17-18
  1.6 控制NO_x 的成就及面临的问题  18-20
  1.7 研究内容及意义  20-21
  1.8 本章小结  21-22
第2章试验测量方法及测量误差分析  22-32
  2.1 PDA 测量原理  22-26
  2.2 PDA 系统简介  26-28
  2.3 试验数据的分析说明  28-29
  2.4 测量误差分析  29-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章四角切圆燃烧锅炉试验台的模化设计及调试  32-47
  3.1 锅炉原型概况  32-33
  3.2 燃烧器结构及设计参数  33-35
  3.3 试验模化理论及其过程  35-41
    3.3.1 冷态模化  35
    3.3.2 本试验的模化过程  35-41
  3.4 气固两相冷态试验台系统  41-45
    3.4.1 试验系统简介  41-43
    3.4.2 试验台的安装及调试  43-45
  3.5 本章小结  45-47
第4章炉内气固两相流场示踪试验  47-55
  4.1 气固两相流概述  47-48
  4.2 流场测量区域及试验参数  48-49
    4.2.1 试验工况  48-49
    4.2.2 试验参数统计  49
  4.3 示踪试验  49-50
  4.4 示踪试验结果分析  50-53
    4.4.1 一次风射流轨迹变化  50-52
    4.4.2 示踪图像量化处理方法  52
    4.4.3 一次风射流的最大浓度轨迹  52-53
  4.5 本章小结  53-55
第5章炉内气固两相流动特性研究  55-84
  5.1 测量区域  55-56
  5.2 截面速度场分布  56-57
  5.3 一次风射流刚性及速度衰减特性  57-59
  5.4 一次风射流轨迹变化  59-62
  5.5 气固两相的速度变化  62-78
    5.5.1 气固两相速度滑移特性分析  62-70
    5.5.2 湍流强度和湍动能特性分析  70-78
  5.6 水平截面内雷诺正应力比较  78-80
  5.7 气固两相流场的浓度变化  80-83
    5.7.1 喷口中心截面浓度分布变化  80-82
    5.7.2 水冷壁附近区域浓度变化  82-83
  5.8 本章小结  83-84
结论  84-85
参考文献  85-88
附录1  88-90
攻读硕士学位期间发表的学术论文  90-92
致谢  92

中二次风水平摆角对炉内气固流动特性的影响

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