新型轴向叶片式生物质燃烧机性能的实验研究
摘要：研究了西安交通大学提出的一种新型的生物质燃烧机，该燃烧器采用一次风管内加装均流条和二次风使用轴向旋流叶片，用于解决我国的双蜗壳式生物质燃烧机存在的一次凤出口风粉不均匀及煤种适应性差的问题，对一次风管中螺旋均流条的作用及其机理进行了实验研究和理论分析，结果表明一次凤均流条可明显改善一次凤中凤粉分布的均匀性，最后给出了在试验范围内均流条的最优参数，
    旒流燃烧器已经在电站锅炉中得到广泛的应用，而在我国某些电厂中正在运行的双蜗壳式生物质燃烧机却尚存在以下问题01]：(1)燃烧器出口的风速和煤粉浓度不均匀，局部高速区燃烧不稳，不完全燃烧损失增大，局部低速区着火提前严重时烧坏喷嘴，而且火焰偏向一侧，容易造成火焰刷墙和结渣；(2)一次风管内阻力大，二次风旋流强度调节不灵，煤种适应性和调负荷能力差，
    针对此类问题，西安交通大学徐通模等人提出了一种新型生物质燃烧机(图1)[，其犄点是：①在蜗壳式燃烧器的一次风管内壁加装多头螺旋均流条，对一次风进行整流优化燃烧器出口的气流速度和
煤粉浓度分布；②二次风采用径向进风的大风箱，在二次风的环行通道中加装轴向叶片，调节旋流强度，其调节机构设在管外，以防止因受热膨胀而难以调节的问题，本文主要是研究一次风管中螺旋均流条的均流机理，寻找最优几何参数，结果表明，一次风管内加装均流条可明显改善燃烧器出口的风速及煤等：新型轴向叶片式生物质燃烧机性能的实验研究粉浓度的均匀性，从而稳定着火，消除不利的燃烧偏差，
    这种轴向叶片式生物质燃烧机已用于辽宁清河电厂200 MW机组和山西漳泽电厂210 MW机组，性能良好，可实现50%低负荷稳燃．
1  试验系统及任务
    根据模型实验的相似原理，以山西漳泽电厂210 M W机组锅炉的燃烧器为原形，采用1：4 6的缩小模型，试验系统与测点布置如图1所示，测点置遵循等截面圆环分割的原则，速度场用美国TSI公司
    根据前人经验及理论分析，确定试验均流条的几何参数为：无量纲截面尺寸（均流条截面尺寸与一次风管当量直径的比值）Q 023×0.023、0.038×Q 038、0.060×0.060,倾角35。、4 50、55。；头数6、8、10.设计3因素3水平的正交实验工况，见表1．实验考察不同工况燃烧器出口一次风气流速度分布的均匀性和一次风阻力特性，并在此基础上选择部分工况，测量含粉气流的气固两相流浓度分布，表l正交试验工况
2试验结果及分析
对正交实验结果进行方差分析得出（见表3）：均流条几何参数中截面尺寸和头数对切向速度分布均匀性的影响是显著的，其中截面尺寸的显著性远远超过其他2个几何参数，是关键因素；各参数均流条都提高了轴向速度均匀性，但影响不如对切向速度的影响那么明显；由于传统双蜗壳式生物质燃烧机出口速度分布不均匀性主要表现为切向速度不均匀，因此综合看来，均流条改善了一次风出口的速度分布均匀性，利于控制和优化煤粉气流的着火状况，在试验参数取值范围内，进一步由正交试验直观分析可以得出，使气流速度分布达到最优的均流条几何参数为：8头、55。倾角、无量纲截面尺寸0. 060×Q 060．
2.2阻力特性
    阻力特性将影响燃烧器的实用价值，因此本文同时也在正交试验中考察了加装均流条后燃烧器的一次风阻力，试验结果见表2．
    可以看出，加装均流条降低了燃烧器一次风的阻力，进一步的正交试验方差分析结果表明，均流条头数是影响阻力特性的显著因素，并且，在试验范围内，10头是最佳水平，呈现阻力随头数增加而减少的趋势，其他2介几何参数影响不大．
2.3 -次风气固两相流浓度分布
    由于气固两相流浓度测量比较困难，故未做正交试验，仅选取光管（对应原工况10）和无量纲截面尺寸为Q 060×Q 060、0.038×0.038、0.023×0. 023的工况各一个（工况5、8、9）进行气固两相流试验，采用等速取样的方法，测量一次风出口的气固两相流浓度分布，均匀性指标为各测点的浓度标准偏差与平均浓度的比值，结果见表2和图3．图3中的固气比（煤粉浓度）弘为每千克空气中所含煤粉的千克数，可以看出，加装均流条对一次风中的煤粉同样有均匀化的作用，并且截面尺寸为0. 060×0.060的均流条均匀煤粉的能力较强，
3  均流条工作机理分析
    在一次风管内加装均流条，有2个目的：(1)对直管段入口气流起到整流分配的作用；(2)通过扰动促使煤粉颗粒均匀分布．
3.1均流条倾角作用的理论分析
3.2均流条头数作用的分析
    均流条头数不是越多越好，当头数不是很多时，增加头数可以提高局部的整流作用，利于出口的均匀化；当均流条头数较多，尤其是倾角又较大日寸，增加头数反而会减弱扰动作用，因为所有均流条逐渐组成一个平面，形成一个平滑的气流底层，削弱了其对气流的扰动作用．
3.3均流条截面尺寸作用的分析
    均流条的截面尺寸是影响气流均匀性的最显著因素，因为均流条的截面尺寸最直接地体现了均流条切割和扰动气流的程度：在头数较少时（6头），截面尺寸的影响明显；而当头数多、倾角大日寸，截面尺寸的影响相对减弱，
    总而言之，均流条的截面尺寸、倾角和头数起着综合作用，在本文的研究范围中，主要希望通过均流条的作用使配风的速度和煤粉的分布均匀化从而避免因不可预知和控制的偏差造成燃烧状沉的恶化，但事实上也可以通过均流条的分割和导流的作用组织有序的偏差燃烧方式（浓淡燃烧），此方面的研究正在进行中．
3.4阻力特性分析
    生物质燃烧机区域阻力主要由2个部分组成：局部阻力Ni和出口损失Ⅳ2．其中局部阻力可由下式计算
    工况4是研究不等深度折焰角和炉膛高度组合结构对水平烟道内气流速度偏差的影响，图6为工况4水平烟道入口截面的气流速度分布，气流速度不均匀性系数的最大值从原设计工况的2 89减小为1. 64，水平烟道内气流速度偏差较小，从工况2中已经看到，当采用不等深度的折焰角结构时，水平烟道内气流速度偏差减小，再适当加高炉膛高度后，炉膛出口气流旋转动量流率矩继续减小，水平烟道内气流速度偏差可进一步地降低，
4结论
    (1)折焰角结构对水平烟道烟速偏差有重要影响，采用不等深度折焰角结构可以改变屏区烟气流程，改善烟气在宽度方向左右两侧的流动差异，从而有利于减小水平烟道左右两侧的烟速偏差．
    (2)适当增加炉膛高度，可以明显地减小水平烟道内烟气速度偏差，当与不等深度折焰角结构同时采用时其效果更为明显，