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蒸汽鍋爐煤粉燃燒火焰的穩定性

日期:2016年01月17日 來源:太康縣金泰鍋爐有限公司 瀏覽: 次  【字體:

凤凰彩票网復雜的蒸汽鍋爐煤粉火焰穩定問題和單相預混可燃氣流的火焰穩定分析有很大的不同。因為蒸汽鍋爐煤粉火焰是極為復雜的帶懸浮顆粒的氣固兩相流燃燒過程,煤粉火焰穩定問題必然要涉及兩相流中不同粒徑的煤粉顆粒濃度分布、溫度分布和氣體成分分布,所得到的結論和單相預混可燃氣體的火焰穩定問題不同。

凤凰彩票网    為了使蒸汽鍋爐煤粉火焰能保持穩定燃燒不致熄滅,應該致力于在煤粉氣流中形成局部的高煤粉濃度、高溫和較高氧濃度的著火有利區。對于體積不大面且蒸汽鍋爐煤粉氣流作受限流動的預燃室,為了使煤粉火焰穩定,不應單純追求氣流中央具有更大尺寸的回流區,因為這個原則只適用于保持可燃預混合氣體在大空間燃燒室中火焰的穩定,而最重要的是要致力于組織好煤粉氣流燃燒工況,使煤粉顆粒和運送它的空氣在燃燒室中適當的地區能有所分離,使得煤粉因合理地分離開運載空氣而在某個區域集中以形成局部的高煤粉濃度區,同時使這里的煤粉快速升溫、迅速地熱裂解和析出揮發物,并和較高濃度的氧氣進行湍流混合,而形成局部的可燃混合氣體著火有利區。總之,蒸汽鍋爐煤粉火焰穩定的關鍵就在于組織煤粉氣流能形成這樣的局部高煤粉濃度和高溫的著火有利區。更為理想的煤粉燃燒過程是在著火有利區中使煤粉的局部高煤粉濃度和高溫的著火有利區。更為理想的煤粉燃燒過程是在著火有利區中使煤粉氣流穩定著火后,已開始劇烈燃燒反應的煤粉顆粒又和足夠的空氣逐步按需要進行充分、及時的湍流混合。

1.蒸汽鍋爐湍流射流混合與傳質的基本規律:

   一次風與二次風之間的湍流混合和傳質,屬于平行射流理論的范疇。湍流的本質是流體參數的脈動。在各種湍流理論中,普朗特的理論,縱向速度脈動wx和橫向速度脈動wy有相同的數量級,速度脈動值

w決定于速度梯度和橫向尺寸L。

    橫向尺度L是普朗特理論中最基本的特征參數。L愈大,則由于橫向脈動引起的流體微團的橫向轉移距離愈長,湍流混合的邊界層區愈寬大。在湍流自由射流的各橫斷面上,L可以作為一個常數來處理。隨著射流不斷向前發展,射流混合邊界厚度及各斷面上的混合長度L都隨軸向距離按比例增長。

凤凰彩票网    這是因為速度脈動是一個隨機量,方向是隨時變化的,時正時負,當W1與W2出現異號時,對其乖積進行時均計算處理就會相消而減小,所以總是小于或等于。R=1的情況說明,射流中1、2兩點是處在同一個流團的旋渦之中,因此它們的速度脈動在性質上是完全一致的,是密切相關的,相反,當R接近或等于0時,1、2兩點已不處于同一流體微團的旋渦之中,兩者已完全無關了。從這個意義上講,相關系數R與混合長度L是兩個有關聯但又完全不同的概念。通常,R小,則具有同一脈動特征的流體微團的旋渦尺寸也小;反之,R大,湍流旋渦具有更大的尺寸,波及和影響的范圍大。但是湍流混合并未達到完全充分而強烈的程度。

    在湍流流動中,動量、熱量和質量的傳遞,是由于流體參數的脈動引起微團旋渦轉移的結果。所以,我們常用湍流粘性或湍流附加切應力來反映湍流混合的特性。設有平均速度分別為W1和W2、密度分別為P1和P2的兩股不等密度平行射流,它們間的湍流切應力o是由速度脈動W1和W2引起的。

凤凰彩票网    湍流混合的強弱決定于兩平行射流的動壓比。理論分析和實驗都證明,兩平行射流間的動壓差是湍流擴散的動力平源。動壓相差愈大,則流體微團可以在更大的尺度范圍內進行湍流擴散。此時,混合邊界層愈偏于動壓小的射流一側。當兩平行射流的動壓值接近相等時,由動壓差引起的湍流擴散將顯著減小到十分微弱的程度。這時,平行射流間進行湍流擴散只能靠湍流本身所具有的原始湍動來維持了,在組織煤粉燃燒時,可以利用大動壓差使大塊流體微團在遠大于層流火焰鋒面厚度的尺寸范圍內進行、蒸汽鍋爐熱量和質量的傳遞,這種湍流稱為大尺度湍動。蒸汽鍋爐煤粉、空氣混合物(即一次風)實現穩定著火所必需的著火熱量,以及焦炭燃燒階段所必需的氧化物質的長距離輸運,主要都是靠大尺度湍動遷移來實現的。

    決定湍流混合強弱的另一個重要的物理量,是射流本身的動壓頭中的。它的大小直接反映了射流本身所具有的湍流混合的能力,它是射流內部進行動量、熱量和質量傳遞的動力源。一般說來,靠射流自身湍動的流體微團尺度范圍比較小,總是小于層流火焰鋒面的厚度。所以又稱為小尺度湍動。從燃燒學可知,當射流出口雷諾數時,小尺度湍動引起的火焰鋒面上湍流火焰傳播速度與成正比。

    盡管大尺度湍動對動量、熱量和質量傳遞的作用很大,但是小尺度湍動在組織蒸汽鍋爐煤粉燃燒過程中也是不可缺少的。在大尺度湍動的流體微團中,由于煤粉和空氣一起。


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