旋流燃烧器混合特性
旋流及w火焰煤粉燃烧技术_概述及解释说明
旋流及w火焰煤粉燃烧技术概述及解释说明1. 引言1.1 概述旋流及火焰煤粉燃烧技术作为一种先进的能源利用方式，在工业生产和能源行业中扮演着重要角色。
该技术通过优化燃烧过程，实现了对煤粉的高效利用，提高了能源利用效率，降低了环境污染。
本文将对旋流及火焰煤粉燃烧技术的概念、原理及应用进行详细阐述，并分析其在能源行业和工业生产中的主要应用领域和优势。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
引言部分介绍了旋流及火焰煤粉燃烧技术的背景与意义，并概括了文章整体结构。
第二部分对旋流及火焰煤粉燃烧技术进行综述，包括旋流燃烧技术和火焰煤粉燃烧技术的简介。
第三部分详细解释了这两种技术的原理。
第四部分分析了它们在能源行业和工业生产中的主要应用领域和优势。
最后的结论部分对本文进行总结，并展望了旋流及火焰煤粉燃烧技术的发展前景。
1.3 目的本文旨在系统地介绍旋流及火焰煤粉燃烧技术，解释其原理，并探讨其在能源行业和工业生产中的应用领域和优势。
通过分析这些信息，我们可以更好地认识到这两种技术对于提高能源利用效率和降低环境污染的重要性，以及它们在不同领域中的应用潜力。
这将有助于推动这些技术的进一步发展与应用，促进能源可持续发展和工业生产的可持续性。
2. 旋流及火焰煤粉燃烧技术概述2.1 旋流燃烧技术简介旋流燃烧技术是一种高效的煤粉燃烧方式，通过将进入锅炉内的空气和煤粉快速旋转并混合，形成一个稳定、均匀且强大的旋涡。
这种旋涡可以有效地使空气和煤粉充分混合，提高了其燃烧效率和传热效果。
同时，旋流还有助于防止锅炉内部温度不均匀和结焦等问题的发生，提高了锅炉的稳定性和可靠性。
2.2 火焰煤粉燃烧技术简介火焰煤粉燃烧技术是一种将细粒度的颗粒质料进行完全氧化的高效方法。
在该技术下，通过喷射空气或者其他氧化剂进入反应室，在高温下使得颗粒质料迅速着火并产生火焰。
这种过程中释放出来的能量被用来加强反应，并且通过适当的调节机制可以使燃烧反应达到最佳状态。
旋转流中预混合火焰高速传播现象-Ⅱ.点火位置与燃烧过程
２ 数值 计算方法和解析对象
计算 中采用与前文【］ 同的计算模型 、 １相 ７ 边界条件和
反应动 力学模 型及各物性参数［， ．为 了突 出点火位置 １１ ８９ ］
究［ １表 明，在旋转流 中，预混合火焰传播速度随着旋 ３６ －］
转 强度增大 而增大 ． 从稳定燃烧 的角度来看 ，即说 明当
旋流 二次风利用 回流 区加强传热传质 的稳燃方 式． 前部分工作 中研究 了基于 Ｖ ｒ ｘｂ ｓｎ ｏｔ ．ｕｔ ｇ现象构思 ｅ ｉ
对 ７种点火位置 的工况进行 了计算 ， 即分别为（ ） ｍｍ
（， ）（， ） （， ）（， ）（， ）（ｏ ０，１ ， ） 各 点 轴 Ｏ Ｏ，２ Ｏ，４ Ｏ，６ ０，８ Ｏ，１， ）（２ ０．
向高度相 同、 横坐标逐渐增大意味着它们离 中心轴线 的
距离越来越大．需要说明的是点火位 置并不是 １ 点， 个 在程序 中是指一块 由 ４个 网格 点组成的区域． 计算 中的 点火方式为 点火点温度 Ｔ ２ ５ ＝ ２ ０ Ｋ，点火时间ｒ０２ Ｓ ＝． ， 此后去掉强制高温源 ，继续计算 ，考察燃烧能否发展 ，
的旋转式预混合燃烧器 的燃烧效率 ， 探讨 了进 口混合气
的速度分布对燃烧效率的影响 ， 发现具有沿半径方 向递 减 的进 口速度分布可 以提高燃烧 效率，同时也发现 由于
旋转 以及火焰热膨胀的双重作用 ， 燃烧场的流动特性复 杂，点火过程能否完成 ，与 点火位 置、点火后火焰 的形
成与速 度场变化 是否 匹配 关系密切 ．以往 关于 Ｖ ｒ ｘ ｏｔ ． ｅ
摘
要 ：在前期关于 Ｖ ｒ ｘｂ ｒｔ ｇ旋 流式 预混燃烧 器的燃烧 效率及其进 口混合气速度分布对燃烧 效率 的影 响实验基 ｏｔ ．ｕｓ ｎ ｅ ｉ
电站锅炉HT-NR旋流煤粉燃烧器
电站锅炉HT-NR旋流煤粉燃烧器1.HT-NR燃烧器与普通燃烧器的比较为了达到着火稳定和高燃烧效率的关键问题在于：1)高的火焰温度2)高的煤粉浓度3)很细的煤粉粒度然而，要同时都达到高的燃烧效率和低的NOx的排放是困难的。
为此，巴布科克公司-日立(Babcoak Hitachi k.k)在煤粉燃烧技器中发展了一种称为HT-NR燃烧的新原理。
图5表示了传统型式燃烧器同HT-NR燃烧器之间的比较。
HT-NR燃烧器应用NOx的焰内还原技术，在不降低火焰温度的同时使得NOx的排放急剧减少。
因此使NOx排放的减少和未燃尽碳损失的增加这一矛盾得到了很好的解决，可以达到高效率、低的NOx排放燃烧。
2.燃烧器的结构煤粉燃烧器主要由一次风弯头、文丘里管、煤粉浓缩器、燃烧器喷嘴、稳焰环、内二次风装置、外二次风装置（含调风器，执行器）及燃烧器壳体等零部件组成。
(见附图3“燃烧器结构示意图”)煤粉及其输送用风(即一次风)经煤粉管道、燃烧器一次风管、文丘里管、煤粉浓缩器、燃烧器喷嘴后喷入炉膛；二次风经二次风大风箱、燃烧器内、外二次风通道喷入炉膛；其中内二次风（内二次风兼作停运燃烧器的冷却风）为直流，通过手柄调节套筒位置来进行风量的调节；外二次风为旋流，依靠气动执行器进行风量的调节。
单只燃烧器内、外二次风的风量分配通过调节各内二次风套筒开度和外二次风调风器开度来实现。
各层燃烧器总风量的调节通过风箱入口风门执行器来实现调节。
锅炉总风量的调节应通过送风机来调节,不属于风门挡板的调节范围。
整个烟风系统至少需设置总风量测量装置及燃尽风风量测量装置。
图7侧燃尽风（SAP）结构示意图2)煤粉浓缩器及稳焰环为了提高燃烧器的低负荷稳燃、防止结渣及降低Nox排放，采用了煤粉浓缩器、火焰稳焰环及稳焰齿。
一次风气流的浓淡分离是靠安装于一次风管中的锥形煤粉浓缩器来实现的，并使气流在火焰稳焰环附近区域形成一定浓度的煤粉气流。
为了防止煤粉浓缩器的磨损，在煤粉浓缩器的迎风面上贴有耐磨陶瓷.3)燃烧器外二次风用气动执行器燃烧器外二次风用气动执行器布置简图参见图8“燃烧器外二次风气动执行器示意图”。
实验四 旋流燃烧器空气动力场测试
实验四 旋流燃烧器空气动力场测试一、实验目的通过对旋流燃烧器旋转射流的轴向、径向、切向速度分布测定，可计算其实际旋流强度，确定其速度分布规律，了解扩散角、回流区、射程等情况，判断其燃烧配风的合理性。
通过空间气流的测量实验获得旋转射流流动结构的感性认识。
二、实验原理1、实际旋流强度测定旋流燃烧器喷口断面处的速度场可求得实际旋流强度。
燃烧器出口断面分成若干个等面积圆环（图4-20），环的面积为A 的各个环的平均半径为R i ，环内气流的平均轴向流速为w zi ，切向流速为w yi 。
这样，就可根据旋流强度的定义计算实际旋流强度n s（4-47） 式中 D ——喷口直径，m 。
式（4-47）中面积单位为m 2，长度单位为m ，速度单位为m/s 。
实际旋流强度与理论计算值不同，这是喷口存在流动损失和中心回流使出口截面收缩所致，他们的关系为n s =ψn （4-48）式中 ψ——实际旋流强度系数；n ——理论计算旋流强度。
2、旋转射流速度场旋转射流速度场的一般规律如图4-21所示。
一般，将各断面轴向速度最在值的10%处的连线定义为射流的外边界。
射流外边界线的交角α称为射流的扩散角。
射流轴向速度正负方向变化点的连接线称为中心回流边界线。
喷口与射流终端的轴向距离称为射流的长度。
射流速度为喷口初速的5%时定义为射流终端。
上述旋转射流图形特性示于图4-22。
28zii i yi zi s w A D R w Aw n ∑∑=π3、试验条件燃烧器总流量计算得的雷诺数Re r应处于第二自模化区，即Re r＞（Re lj·2）r （4-49）式中（Re lj·2）r ——燃烧器第二临界雷诺数，参见表4-6。
三、实验设备与仪器（1）实验设备。
试验台同本节实验三。
（2）五孔探针。
见本节实验二。
（3）微压计。
（4）标准毕托管。
（5）活动支架。
活动支架用于支撑五孔探针（或皮托管），并使探头可按规定的测点位置要求作轴向、径向位移，不得妨碍测量杆的自身转动。
低氮旋流燃烧器
• 每层燃烧器及燃尽风所需风量的分配是通过调节 安装在大风箱各层风室两侧入口处的风门挡板的 开度来实现的。锅炉前、后墙大风箱分别分隔为 几个独立的风室，数量与燃烧器及燃尽风的布置 层数相对应。每个风室入口左右两侧的风门挡板 分别配有1台执行器。燃烧器二次风风门和燃尽风 风门的调节采用单控方式，即燃烧器单层风室或 燃尽风单层风室入口的两个执行器可以单独控制， 所有执行器都可以连续调节，以实现燃烧器二次 风或燃尽风的调节。
喷口出处的稳燃环还可以增加煤粉气流的喘动度，进一步加 速煤粉气流的着火速度。一次风扩锥可以推迟二次风的混入， 提高回流区温度，因此，在上述因素的影响下，煤粉气流在 离开燃烧器喷口后能够快速、及时的着火，稳定燃烧。
• 2、 内二次风和外二次风 燃烧器大风箱为运行燃 烧器提供内二次风和外二次风，为停过燃烧器内 同心的内二次风、外二次风环形通道在燃烧的不 同阶段喷入炉内，实现分级配风，降低NOx生成 量。进入燃烧器的内二次风量可以通过燃烧器上 的套筒式二次风门进行调节。通过调节内二次风 门的开度可以得到适当的内二次风量。以获得最 佳的燃烧工况。即良好的着火稳燃性能，高效的 燃烧效率，低的NOx生成量及防止燃烧器结焦等。
一、燃烧器布置 燃烧设备采用前后墙对称燃烧方式的旋流煤粉燃烧器，总 共24只煤粉燃烧器分3层布置在前后墙上，每层4只旋流煤 粉燃烧器，配6台中速磨，每台磨煤机为同层的4只煤粉燃 烧器提供凤粉混合物。在前后墙旋流煤粉燃烧器的上方各 布置了1层燃尽风，其中每层2只侧燃尽风喷口，4只燃尽 风喷口。每层风室入口均设置二次风挡板 用以调节风室 的进风量，二次风挡板由气动执行器调节，每个燃烧器均 配有一个点火油枪及高能点火器。 每只燃烧器设置2套火焰检测装置，一套用于煤火焰检测， 另一套用于油火焰检测。燃烧器配风分为一次风、内二次 风、外二次风，分别通过一次风管、燃烧器内同心的内二 次风、外二次风环形通道在燃烧的不同阶段分别送入炉膛。 其中内、外二次风为旋流。
旋流煤粉燃烧器
如图为一次风旋转切向叶片旋流煤粉燃烧器。 他的一次风通过蜗壳旋流器形成旋流射流， 以便在一次风出口处形成中心回流区，用以 稳定燃烧。
旋流燃烧器的布置
旋流燃烧器布置方式对炉内 空气动力工况有很大影响。 为了提高炉膛效率和有效利 用率，应注意改善炉膛火焰 充满度。 旋流让烧器布置方式有三种， 前墙布置，前后墙对冲布置， 前后墙交错布置。如下图所 示，燃烧器前墙布置时，煤 粉管道布置方便，各个燃烧 器煤粉量和风量分布均匀。 但炉内火焰充满度差，煤粉 气流在后期扰动小，后期混 合性差。而燃烧器前后墙布 置恰恰相反，颅内气流充满 程度好，气流扰动强烈，混 合强烈，但煤粉管道布置复 杂。
旋流燃烧器的布置
旋流燃烧器可布置在前后墙，也可布置在两 侧，他们又可分为对冲布置和错列布置，当 对冲布置时，由于两方火炬在中央对冲，气 流大部分向上，会有少部分下冲到冷灰斗， 形成死滞旋涡区。如果燃烧时火炬一侧过强 时，有可能导致水冷壁结渣，如果交错布置 可以改善这种情况，由于火焰相互穿梭所以 避免死漩涡区，这就改善了，火焰充满度和 火焰混合度。缺点：当有一侧磨煤机出现故 障时，或者切换低负荷运行时沿炉膛宽度方 向容易引起温度不均，另外不布置 叶片式三大类，常用有以下几种：
旋流式燃烧器的类型及结构图
单蜗壳旋流煤粉燃烧器结构图
单蜗壳旋流煤粉燃烧器
如上图，一次风为直流，经中心一次风管喷入炉 膛。一次风管出口装有扩流锥使气流扩散，扩流 锥的位置可前后调节，能改变一次风出口的速度 和气流扩散角的大小，并能调整一二次风气流混 合的位置。二次风气流通过蜗壳旋流器产生旋转 运动，以旋转射流方式喷入炉膛，二次风蜗壳进 口处装有蛇形挡板，能改变二次风射流旋转强度， 从而改变整个气流旋转强度。 优点：对煤种适应性较双蜗壳式好，可燃用挥发 分较低的贫煤，一次风阻力小。 缺点：扩流锥处于高温中心回流区，且直接受到 炉内火焰辐射，因而易烧坏和结渣。目前该燃烧 器在我国很少使用。
旋流煤粉燃烧器讲解
从燃烧器喷出的气流具有很高的切向速度和足够大的轴向速度， 早期湍动混合强烈。
轴向速度衰减较快，射程短，后期扰动弱。 旋流燃烧器适用于含挥发分较高的煤种。
七台河职业学院
1、旋流射流空气动力特性
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旋流射流空气动力特性
旋流强度(n): 表征旋转程度 (气流旋转动量矩/轴向动量)。
n M pL
七台河职业学院
旋流燃烧器的布置
燃烧器前后墙或两侧墙布置 两面墙上燃烧器喷出的火炬在炉膛中 央互相撞击后，火焰大部分向炉膛上方 运动，炉内的火焰充满程度较好，扰动 性也较强 若对冲的两个燃烧器负荷不相同，则 炉内高温火焰将向一侧偏移，造成结渣
旋流燃烧器炉顶布置 只在采用W火焰燃烧技术的较矮的下炉 膛中才应用, 后面讲述
Flame Stabilizing
Guide sleeve Ring
旋流燃烧器工作原理
旋流燃烧器工作原理旋流燃烧器是一种常用的燃烧设备，其工作原理基于旋流流动和燃烧反应的相互作用。
本文将详细介绍旋流燃烧器的工作原理及其应用。
一、旋流燃烧器的基本原理旋流燃烧器是一种利用旋流效应提高燃烧效率的设备。
其基本原理是通过将燃料和空气以旋流的形式混合，形成一个旋转的燃烧区域，从而增加燃料与空气的接触面积，促进燃烧反应的进行。
旋流燃烧器通常由进气管、燃料喷嘴和旋流室组成。
燃料和空气通过各自的通道进入旋流室，在旋流室内形成一个旋转的气流。
当燃料喷嘴将燃料喷入旋流室时，燃料被旋流气流迅速搅拌和混合，形成高速旋涡。
二、旋流燃烧器的工作过程旋流燃烧器的工作过程可以分为混合、燃烧和排放三个阶段。
1. 混合阶段：在进气管中，空气经过增加速度的装置，形成高速气流进入旋流室。
同时，燃料通过喷嘴喷入旋流室内，与高速气流发生剧烈的湍流运动，形成旋流。
2. 燃烧阶段：形成的旋流使燃料与空气充分混合，增加了燃料与空气的接触面积。
同时，由于旋流的存在，燃料和空气也形成了较长的居留时间，有利于燃烧反应的进行。
当满足一定条件时，燃料与空气的混合物会自燃，形成燃烧反应，放出大量的热能。
3. 排放阶段：燃烧反应产生的热能将工作物质（如水蒸气、烟尘等）加热，并通过旋流燃烧器的出口排放到大气中。
同时，由于旋流室内的高速气流作用，排放物质也会被带走，减少了尾气的残留。
三、旋流燃烧器的应用旋流燃烧器由于其独特的工作原理，被广泛应用于各个领域。
1. 工业领域：旋流燃烧器通常应用于工业炉、锅炉等设备中，用于提供高温热能。
其高效的燃烧效果能够降低能源消耗，减少环境污染。
2. 环保领域：旋流燃烧器可用于处理工业废气、废水等污染物。
通过充分混合和燃烧，能够将有害物质转化为无害的物质，达到净化排放的目的。
3. 能源利用：旋流燃烧器可以应用于发电厂、热电联产等能源利用领域。
通过提高燃烧效率，减少能源损失，提高能源利用率。
四、旋流燃烧器的优势相比传统的燃烧设备，旋流燃烧器具有以下几个优势：1. 高效燃烧：旋流燃烧器能够将燃料与空气充分混合，提高燃料的利用率，减少能源的浪费。
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旋流燃烧器混合特性实验方案设计
如图所示的旋流燃烧器，由同轴的两根同心管道组成，中心管通燃料气，外层管道通助燃空气（带有旋流），当空气和燃料气喷入炉膛之后发生混合，并通过旋转射流的回流区卷吸炉膛内的高温烟气，因此射流中的气体由三种成分混合而成：燃料气、空气、炉膛内烟气。
为掌握燃烧器的燃烧特性，需要了解炉膛空间中各处的气体成分比例（假定暂不考虑化学反应引起的成分变化）。
要求：根据本章的知识，设计一个实验来完成以上研究工作，包括：1）阐述实验的原理、测量手段、数据处理方法，2）给出实验系统的示意图，3）描述实验的操作过程。
旋流燃烧器混合特性实验
一: 实验原理
温度场模拟浓度场 ，在湍流扩散的流场中，温度场和浓度场可以用相同的方程来描述，所以，可以用温度场模拟浓度场。
用不同温度T 1=T 2实验，实测混合点xy 处的温度T xy （介于T 1和T 2之间，T 1>T xy > T 2）分布与浓度C xy 相似
① 如研究两股射流的混合实验，通过实验混合边界层中任一点浓度C 。
② C 1和C 2是被比拟的实际两股气流的浓度
③ T 1和T 2是被比拟的实际两股气流的温度
2212
12xy xy T T C C T T C C --=--
④ m 1和m 2是被比拟的实际两股气流的在空间中混合后的质量分数
则由炉膛内的各气体的质量分数,浓度及温度关系为
将实验测得的温度值代入上式即可得浓度比.
二:测量手段
将热电偶分布在炉膛内,即可测得炉膛内各点的温度 三：试验步骤
① 将热电偶与测试系统连接；
② 打开实验装置一段时间后，装置系统进入稳定状态； ③ 读取炉膛中各点温度，并记录于表格中；
④ 整理实验数据
四：数据处理方法
设空气，燃料，烟气的质量分数分别为m 1， m 2， m 3； 被比拟的空气，燃料与烟气的浓度为C 1，C 2， C 3 被比拟的空气，燃料与烟气的温度为T 1，T 2， T 3 假设p p p p C C C C ===3,2,1,
则
1m m 321=++m
xy T T m T m T m =++332211
xy C C m C m C m =++332211
由上式及测得的温度即可得出浓度比。
,1,2121,11121212122,2211122211p p p c c c p p p x x y xy y xy m m m
c T m c T c T m C m C m m m m m m T C T C C C T ==⎧⎧+=+=⎪⎪+=−−−−−→+=⎨⎨⎪⎪+=+=⎩⎩
五：实验系统示意图
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┃┃热电偶温度测试系统。