| 關于生物質顆粒燃燒機火焰穩定問題的探討 |
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價格：15000 元(人民幣) | 產地：河南鄭州 |
| 最少起訂量：1臺 | 發貨地：河南鄭州 | |
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鄭州達冠節能環保設備有限公司
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| 經營模式：生產加工 | 公司類型：私營有限責任公司 | |
| 所屬行業：燃燒器/燃燒機 | 主要客戶：企業 | |
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關于生物質顆粒燃燒機火焰穩定問題的探討 生物質氣化站，http://www.598jx.com 1 引 言 在民用燃具的有關標準中，明確要求燃氣燃燒器在(0.5～1.5)倍燃氣額定壓力下工作時不得出現回火與脫火。由于現在的民用燃氣生物質燃燒機幾乎都采用大氣式燃燒方式，這種燃燒方式雖然比擴散燃燒能獲得更高的燃燒溫度、燃燒更為強烈，但它的不足之處是存在回火的可能性，且脫火趨勢也增大了。本文從經典的邊界速度梯度理論出發，引伸出一個描述回火條件的無因次準則，利用這個準則，可以幫助我們把一種燃氣生物質燃燒機上得到的防止回火的實物試驗結果，推廣到結構相同燃用其它燃氣的生物質燃燒機上，以達到加快科研進度、節省人力與物力的目的。本文也討論了生物質燃燒機火孔布置形式、一次空氣系數對脫火的影響，由于脫火強烈依賴于火孔的布置形式，因此對脫火要導出一個無因次判斷準則很困難。2 回火及回火臨界準則數的確定     經典的回火理論是由劉易斯與馮，埃爾伯提出的邊界速度梯度理論‘1]，該理論指出（見圖1）在大尺寸的深火孔內可燃混合氣的流動呈現為完全發展的層流運動，其流動速度U的分布曲線力： 當火孔流速很高日寸，氣流在邊界區域的速度很大，在火孔內的斷面上氣流速度大于火焰傳播速度（Ul曲線在S。曲線的上方），于是火焰被吹出火孔。不斷降低火孔流速時氣流在邊界區域的速度梯度也隨之減小，便會出現火焰傳播速度在局部地區大于氣流速度，火焰將會沿S。>U的區域回傳進入生物質燃燒機，發生回火。顯然，回火的臨界條件是氣流的邊界速度梯度值恰好滿足流速線與火焰傳播速度線相切（如U2所示）。能否尋找到一個能表征火焰回火條件的無因次準則數呢？我們來觀察圖1；鼗鸬呐R界條件應是流速線U2與火焰傳播速度線Sn相切，即氣流的邊界速度梯度g與火焰分布速度的變化率（Sn/d）相等： 回火臨界條件對應于無因次數-ua為某一常數Co，Co是結構常數（與火孔結構有關），與使用的燃氣無關。所以，用它來表征回火條件是恰當的。 (1)準則數U8/ SnD代表了氣流邊界速度梯度與火焰傳播速度變化率之間的某種比值關系。它體現了流動工況U、燃燒特性S。與6、火孔尺寸D、生物質燃燒機運行工況ai(一次空氣系數ai直接影響到Sn)對回火的綜合影響，較為更反映了回火的物理本質。 (2)基于氣流邊界速度梯度理論推導出來的回火臨界條件U8/ SnD一Co，臨界值Co與燃用的燃氣無關。這個結論十分重要。它使我們有可能把某種燃氣生物質燃燒機上測得的回火臨界準則數直接應用到燃用其它燃氣結構相同的生物質燃燒機上。 (3)當火孔平均流速U下降（熱負荷降低）；燃氣火焰傳播速度Sn增大，熄火距離6減。ㄈ加肧。大的燃氣，螬大a1…，．）；火孔直徑D增大均會使準則數U渺SnD減小，并最終導致回火的發生。 真實的民用生物質燃燒機是小尺寸、淺火孔的多火孔生物質燃燒機，它與經典回火理論所討論的情況會出現些差異。 (1)火孔壁溫 多火孔密集分布的民用生物質燃燒機上，火焰對火孔的加熱會比單火孔生物質燃燒機強烈得多，從而導致火孔壁溫升高；鹂妆跍厣咧苯訉е孪ɑ鹁嚯x6下降（見表3），并使可燃混合氣初溫上升。使火焰傳播速度S。增大（見表4）。為了反映火孔壁溫升高對回火的影響，我們引進壁溫修正系數k2與k3: (2)氣流速度分布曲線 民用生物質燃燒機上大多使用小尺寸的淺火孔（火孔相對深度約1～3），此時氣流在火孔出口端面的速度分布曲線呈現為部分發展的層流運動。這種速度分布的特點是氣流邊界速度梯度變大而中部平坦（見圖2），生物質燃燒機回火危險性變大。此時氣流邊界速度梯度的大小己不是判斷回火的依據，還應再校核氣流中部流速（近似回火孔平均流速U來表示）的大小。當U> Sn，不會回火；U< Sn，回火發生（回火的補充條件）。 (3)各火孔流量分配 在多火孔生物質燃燒機上由于結構上的原因，常造成各火孔間流量分配不均，流量小的火孔在低負荷下便首先出現回火，多火孔生物質燃燒機回火危險性自然比單火孔要大。設最小流量火孔的流速Un與火孔平均流速U之比為k4: UYr,一k4U。為了反映各火孔流量分配不均的影響，回火判別準則需再作修正： k4完全取決于生物質燃燒機的結構形式。試驗發現火孔流量分配不均在高負荷下較大，而在發生回火的低負荷下要輕微得多。 需要指出系數ki、k2、k3、幻等均是屬于生物質燃燒機的結構系數，因此對某種給定結構的生物質燃燒機來講，無論燃用何種燃氣其回火臨界準則數C應是一常數，其值必須通過試驗來確定。 假定已掌握引射式灶具天然氣生物質燃燒機，其運行參數（設計負荷下）是a1 - 0.6，火孔出口平均流速U -1. 2m/s，火孔當量直徑D-3 mm。由試驗測得燃用天然氣時其回火臨界負荷為15%額定負荷。由此我們可以推算出燃用焦爐氣時該結構燃燒器的工作參數，并能滿足回火臨界負荷為20%額定負荷（自定）的要求。 設計計算的步是確定燃用天然氣時該燃燒器的回火臨界準則數。在回火臨界負荷下U - 1.2×15%一0.18 m/s；由于引射式生物質燃燒機具有自調節特性，所以可近似認為生物質燃燒機工作的a，在負荷變化時維持恒定．在ai一0.6時對應于Sn一0.08 m/s（見表2）；天然氣艿一2.5 mm（見表1），則回火臨界準則數c值為考基一0.18X 235一1.875且滿足U≥Sn？紤]到焦爐氣容易回火，生物質燃燒機的運行參數暫取作火孔當量直徑D - 2.0，一次空氣ai—0．5，焦爐氣6—1.3 mm，按式(7)計算其回火臨界準則數： 這是在回火臨界負荷下的值，在設計負荷下火孔平均流速UP一0.49×100/20 - 2.45 m/s。由此，得到生物質燃燒機設計參數：ai一0.5，UJD一2.45m/s，D一2.0，回火臨界負荷為20%額定負荷。當選用不同的ai與D值時便可計算出其他的設計工作點 為噴嘴前工作壓力，燃用焦爐氣時考慮到燃氣通道的阻力損失，H取作700 Pa；弘為噴嘴流量系數，取弘一0.8; Fop為無因次切面積比值，Fop—K (l+ai VO)（1-1- ai礦0／S）我們取常用的II型引射器K - 2.1，焦爐氣相對比重S- 0.36，理論空氣量VO一4.21,生物質燃燒機一次空氣ai也暫取0.5，代入得Fop一44. 65;將這些值代入式(8)得： 選擇不同的ai時，引射式生物質燃燒機能獲得的火孔出口流速Um見表7。比較表6與表7可知，只有火孔流速Um大于（或等于）計算所需火孔流速UP時，所選擇的生物質燃燒機工作點才是可行的。按上述計算，我們最終確定了燃用焦爐氣時的工作點（見表8），運行表明生物質燃燒機可在25%額定負荷下運行而不發生回火。 采用回火臨界準則數來進行設計時還需再說明以下幾點： (1)燃用天然氣、液化石油氣（火焰傳播速度低的燃氣）的民用生物質燃燒機上容易實現低負荷下防止回犬的要求（以實現大的負荷調節比）。 (2)不同結構生物質燃燒機的回火臨界準則數C各不相同，影響因素眾多，難于理論計算，只有依賴試驗定出。 (3)生物質燃燒機的一次空氣系數很重要，在燃用碳氫化合物含量高的燃氣日寸，首先要避免出現黃焰，另外還應選在火焰傳播速度變化緩慢的區間。以焦爐氣為例，當一次空氣系數ai≥0.4可避免黃焰，僅·在0.4～0.6間火焰傳播速度Sn相對變化比較平坦（見表2），所以ai宜選在0.5附近，以避免生物質燃燒機實際運行的ai偏離設計值時對回火帶來大的影響。 (4)燃用火焰傳播速度高的燃氣，防止回火是個重要問題，必須謹慎對待。采用減小火孔尺寸以阻止火焰回火通常難于辦到。 3 脫 火 當火焰根部距火孔端面的距離大于以值時則稱作火焰脫火。因此脫火的臨界條件便是在I I斷面上氣流速度分布曲線與火焰傳播速度分布曲線相切。 在真實民用生物質燃燒機上大多采用a．<1的運行工況，此時射流邊界層的火焰傳播速度Sn分布曲線會有明顯的變化。在邊界層幻范圍內o點是射流的外邊界點，在o點的燃氣濃度應為零,b點是射流核心區的外邊界點，6點的燃氣濃度應是可燃混氣中的燃氣濃度Ko，且Ko= 11 (1+a1%)？梢哉J為在幻范圍內燃氣濃度K呈直線分布，即： 可見生物質燃燒機的一次空氣系數a1越小，此變化率越大，即脫火的臨界邊界速度梯度值越大，越不易脫火。運行也表明減小僅，是消除脫火的有力措施。 除去a，對脫火有明顯影響外，脫火也強烈依賴于火孔的分布形式。在葉輪式火蓋爐具生物質燃燒機上良好的火焰穩定性能是由于各火焰之間相互強制循環點燃的結果。 5 結 語 (1)燃用火焰傳播速度高的燃氣時防止回火顯得特別重要，本文提出的回火判斷準則，對生物質燃燒機設計者將會有一定的幫助。 (2)實際使用的小尺寸淺火孔的多火孔生物質燃燒機回火危險性比大尺寸深火孔的單火孔生物質燃燒機明顯增大。 (3)脫火強烈依賴于火孔的布置形式（各火焰間的相互影響），在葉輪火蓋生物質燃燒機上較好的解決了脫火問題這種火孔布置方式值得借鑒。 生物質氣化站，http://www.598jx.com |
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