直流燃燒器

直流燃燒器

直流燃燒器是由一組矩形或圓形的噴口組成,噴出的一、二次風都是不旋轉的直流射流。直流燃燒器可以布置在爐膛四角、爐膛頂部或爐膛中部的拱形部分,從而形成四角布置切圓燃燒方式、W火焰燃燒方式和U型火焰燃燒方式。在我國的燃煤電站鍋爐中,套用最廣的是四角布置切圓燃燒方式。

基本介紹

  • 中文名:直流燃燒器  
  • 外文名:Dc burner
  • 組成部分:由一組矩形或圓形的噴口組成
  • 燃燒方式:三種
  • 性質:科學
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直流射流

從噴口噴出來的直流射流,具有較高的初速,一般其雷諾數Re≥106,因此燃燒器噴射出來的射流都是湍流射流。而且射流射入一個很大的空間後不受任何固體壁面的限制,這種氣流就是直流自由射流。
當射流射到大空間中去時,在湍流擴散的作用下,射流邊界上的流體微團就與周圍氣體發生熱質交換和動量交換,將一部分周圍氣體卷吸到射流中來,並隨射流一起運動,因而射流的橫截面不斷擴大,流量不斷增加,但卻使射流的速度逐漸減慢,射流的結構特性及速度分布如圖1(1 -噴口;2-射流等速核心區;3-射流邊界層;4-射流的外邊界;5-射流內邊界;6-射流源點;7-擴展角;8-速度分布)所示。
圖1 等溫自由射流的結構特性及速度分布圖1 等溫自由射流的結構特性及速度分布
射流自噴口噴出後,僅在邊界層處有周圍氣體被卷吸進來。在射流中心尚未被周圍氣體混入的地方,仍然保持初速度,這個保持初速為w0的三角形區域稱為射流等速核心區,核心區內的流體完全是射流本身的流體。在核心區維持初速w0的邊界稱為內邊界,射流與周圍氣體的邊界(此處流速wx→0)稱為射流的外邊界。內外邊界問就是湍流邊界層,湍流邊界層內的流體是射流本身的流體以及卷吸進來的周圍氣體。從噴口噴出來的射流到一定距離,核心區便消失,只在射流中心軸線上某點處尚保持初速w0,此處對應的截面稱為射流的轉折截面。在轉折截面前的射流段稱為初始段,在轉折截面以後的射流稱為基本段,基本段中射流的軸心速度也開始逐步衰減。
射流的內、外邊界都可近似地認為是一條直線,射流的外邊界線相交之點稱為源點,其交角稱為擴展角。擴展角的大小與射流噴口的截面形狀和噴口出口速度分布情況有關。因為射流的初始段很短,僅為噴口直徑的2~4倍,這段距離在煤粉爐中尚處於著火準備階段。因此,在實際鍋爐工作中,主要研究基本段的射流特性。這些特性參數包括速度分布、射程、擴展角等。

四角布置切圓燃燒方式

直流燃燒器布置在爐膛四角,每個角的燃燒器出口氣流的幾何軸線均切於爐膛中心的假想圓,故稱四角布置切圓燃燒方式。這種燃燒方式,由於四角射流著火後相交,相互點燃,有利於穩定著火。四股氣流相切於假想圓後,使氣流在爐內強烈旋轉,有利於燃料與空氣的擾動混合,而且火焰在爐內的充滿程度較好。

切圓燃燒方式直流燃燒器的布置

切圓燃燒方式直流燃燒器的布置方式有多種,如圖2所示。中小容量煤粉爐最常用的是正四角布置(圖2(a)),這種布置方式的爐膛截面為正方形或接近正方形的矩形,直流燃燒器布置在四個角上,共同切於爐膛中心的一個直徑不大的假想切圓,這樣可使燃燒器噴口的幾何軸線和爐膛兩側牆的夾角接近相等,因而射流兩側的補氣條件差異很小,氣流向壁面的偏斜較小,因而煤粉火炬在爐膛的充滿程度較好,爐內的熱負荷也比較均勻,而且煤粉管道也可以對稱布置。正八角布置(圖2(b))也有同樣的特點。現代大容量鍋爐常採用大切角正四角布置(圖2(c)),它是把爐膛四角切去,在四個切角上安裝燃燒器。這種布置除具有正四角布置的特點外,還因為四角切去,可形成切角形水冷壁,這樣既可增大燃燒器噴口兩側的空間,使兩側補充條件的差異更小,射流不易偏斜;同時燃燒器可與切角處的水冷壁連在一起,形成燃燒器的水冷套,以保護燃燒器噴口不易被燒壞。同向大小切圓方式(圖2(d))適用於截面深寬比較大的爐膛或由於爐膛四角有柱子,而不能作正四角布置,燃燒器只能布置在兩側牆靠角的位置。此時燃燒器噴口中的幾何軸線和兩側牆間的夾角差異很大,射流的補氣條件也有較大的差異,布置成大小切圓方式,即兩對對角燃燒器的射流分別和兩個直徑不同的假想切圓相切,可以改變氣流的偏斜,並可防止實際切圓的橢圓度過大。若採用正反雙切圓方式(圖2(e)),則由於兩股氣流反切,可減少實際切圓的橢圓度。兩角相切,兩角對沖方式(圖2(f)),可以減小氣流相切時的實際假想切圓的直徑,減低氣流的旋轉強度,雖可防止氣流的過分偏斜,避免爐膛水冷壁結渣,降低煙氣出口殘餘旋轉,減少過熱器熱偏差,但卻使燃燒後期的混合擾動情況變差。更大容量的煤粉鍋爐(發電功率大於500MW),有時設計成雙室爐膛切圓方式(圖2(g))和大切角雙室爐膛方式(圖2(h)),此時兩個並排的爐膛(燃燒室)中問用雙面水冷壁隔開,使每個爐膛截面都成為正方形或接近正方形的矩形,在各自的爐膛的四角布置直流燃燒器,形成切圓燃燒方式。
圖2切圓燃燒方式直流燃燒器的布置方式圖2切圓燃燒方式直流燃燒器的布置方式

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