| 達(dá)冠生物質(zhì)燃燒機(jī)應(yīng)用研究動(dòng)態(tài) |
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達(dá)冠生物質(zhì)燃燒機(jī)應(yīng)用研究動(dòng)態(tài) 能源問(wèn)題舉世矚目，研制、推廣高效用能設(shè)備，對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行分析檢測(cè)是節(jié)能的重要措施1985年以來(lái)，我省一些產(chǎn)業(yè)部門不斷從國(guó)外引進(jìn)煤氣噴嘴及生物質(zhì)燃燒爐，例如日本高砂工業(yè)株式會(huì)社煤氣生物質(zhì)燃燒爐，意大利維高公司煤氣燃燒技術(shù)及西德AGROB公司的煤氣燃燒器等．一些單位正在仿制，但燃燒效率普遍比進(jìn)口的生物質(zhì)燃燒機(jī)低，耗氣量大I5—30%． 燃燒過(guò)程是噴射流體引射空氣兩次進(jìn)風(fēng)紊流摻和，伴隨著質(zhì)、熱傳遞cn，流場(chǎng)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜．生物質(zhì)燃燒機(jī)混合流場(chǎng)的理論研究對(duì)天然氣、煤氣、液化石油氣的燃燒，提高燃燒效率、節(jié)約能源等，具有重要意義，隨著南海油氣田的開(kāi)采、煤加壓氣化技術(shù)的普及，具有廣闊的應(yīng)用前景． 生物質(zhì)燃燒機(jī)噴射流體（包括旋動(dòng)流體）紊流混合流場(chǎng)的研究是流體力學(xué)的一個(gè)分支，迄今為止仍引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視(3～5)，全國(guó)流體工程學(xué)會(huì)第二屆噴射技術(shù)學(xué)術(shù)討論會(huì)上有五篇論文討論了這一問(wèn)題，在會(huì)議紀(jì)要中仍把。流場(chǎng)測(cè)試、質(zhì)熱傳遞和動(dòng)量交換過(guò)程的機(jī)理’作為研究方向． 近年來(lái)，有些工廠進(jìn)行旋動(dòng)射流試驗(yàn)，把噴射器的結(jié)構(gòu)加以改裝，主噴嘴內(nèi)加入斜槽導(dǎo)流塞，讓主射流旋轉(zhuǎn)，在空間作螺旋運(yùn)動(dòng)噴射出噴管．旋動(dòng)肘流在噴管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，伴隨著大量旋渦存在，屬紊流流態(tài)，另一股引射流體從切向注入，也形成旋動(dòng)流體．這種旋動(dòng)射流的結(jié)構(gòu)，用于燃油高爐的供油系統(tǒng)．這兩股流體，一股是油液，一股是空氣，通過(guò)它們的互相作用，把油珠充分破碎，使之霧化．同時(shí)可提高射流卷吸量，改變可燃?xì)怏w成份，讓油液能充分燃燒，起助燃作用．然而，該旋動(dòng)射流的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，互相作用的機(jī)理問(wèn)題尚待研究，目前仍處于試驗(yàn)階段，省油的效果也有待于今后總結(jié)(6)． 南京電瓷廠分析了各種燒嘴結(jié)構(gòu)和使用過(guò)的燒嘴情況，采用了一種獨(dú)特的渦流式結(jié)構(gòu)，其最大特點(diǎn)是采用了一個(gè)半內(nèi)混腔，使壓縮空氣直接沖擊在油股上后再形成渦流，造成有利的霧化條件．同時(shí)在中心還形成一定負(fù)壓，將熱風(fēng)吸進(jìn)去造成很好的汽化和燃燒．但對(duì)風(fēng)量、壓力與半混內(nèi)腔尺寸如何協(xié)調(diào)配合，有待迸一步優(yōu)化． 噴嘴內(nèi)流動(dòng)相當(dāng)復(fù)雜，國(guó)外許多學(xué)者已對(duì)簡(jiǎn)化了的流動(dòng)模型的流動(dòng)特性作了不少研究工作．根據(jù)各自不同的簡(jiǎn)化條件，得出了不同的設(shè)計(jì)計(jì)算方法．我國(guó)在壓力式離心噴嘴設(shè)計(jì)計(jì)算中常采用Doumas方法，而該方法由于沒(méi)有計(jì)及粘性和工作壓力影響，流動(dòng)模型又過(guò)份簡(jiǎn)化，導(dǎo)致計(jì)算求得的空氣渦半徑比，流量系數(shù)和噴霧角與實(shí)際情況右相當(dāng)大的偏離．文獻(xiàn)(8)借助分析和研究na}CH方法，并通過(guò)與Doumas方法、小林清志方法比較，得到了壓力式離心噴嘴的空氣渦半徑比、流量系數(shù)和噴霧角是隨工作壓力變化而變動(dòng)的規(guī)律，糾正了一些學(xué)者認(rèn)為噴嘴尺寸選定后，噴嘴的基本參數(shù)是不隨工作壓力大小而變的概念，文獻(xiàn)(9)對(duì)離心型噴嘴結(jié)合設(shè)計(jì)工作，導(dǎo)出了實(shí)用近似計(jì)算公式． 文獻(xiàn)(10)研究了亞音速氣體噴射器的理論計(jì)算問(wèn)題，從優(yōu)化條件導(dǎo)出最佳截面比，利用自由射流柬長(zhǎng)度取極值條件及聯(lián)系流控端口特性的方程，確定其幾何尺寸．其結(jié)果還可為設(shè)計(jì)高效能的煤氣、天然氣噴嘴提供計(jì)算參考依據(jù)．文獻(xiàn)(11)考慮了高溫噴射泵混合室內(nèi)的紊流摻和過(guò)程，導(dǎo)出混合式的壓力表達(dá)式，根據(jù)優(yōu)化條件，決定最佳面積幾何尺寸和混合式壓力值，并在隧道窯抽吸高溫氣體進(jìn)行二次燃燒，節(jié)約能源，已得到應(yīng)用，并取得一定的效果． 文獻(xiàn)(12)闡述了液化石油氣引射器一次進(jìn)風(fēng)及二次進(jìn)風(fēng)的工作原理，介紹了石油氣噴嘴情況，并討論了如何提高引射器燃燒效率的問(wèn)題．圖l石油氣引射器示意圖 圖1為石油氣引射器的示意圖，它由石油氣噴嘴、混合室及文丘里管（出口接熱管）等部分組成．液化石油氣是經(jīng)減壓閥降為300mmH20(Kg／rn2)恒定壓力作為工作液體由“j”端輸入，從噴嘴噴出．，第一次引射（抽吸）。Sl’端輸入的常溫空氣，經(jīng)過(guò)混合室3-3截面出口，在經(jīng)過(guò)混合的氣體動(dòng)量，及熱管由溫度差所造成的密度差折算為單位體積力的作用下，第二次引射常溫的空氣，從文丘里管。S’端進(jìn)入管內(nèi)混合室，由。d’端接熱管噴出，進(jìn)行燃燒． 流體在文丘里管內(nèi)流動(dòng)．除受混合室出口流量的動(dòng)量作用外，還受出口熱管傳熱引起的密度差所產(chǎn)生的單位體積力的作用．單獨(dú)考慮當(dāng)溫度差所造成的密度差為引起運(yùn)動(dòng)的唯一原因時(shí)，稱這種運(yùn)動(dòng)為自然流動(dòng)． 在理論計(jì)算中尚有如下四個(gè)問(wèn)題需提出來(lái)討論： ①}昆合室壓力P3的計(jì)算及一次進(jìn)風(fēng)引射比ni等，未考慮熱管溫差引起的密度差而產(chǎn)生的附加流動(dòng)的影響．將這一部分影響放在文丘里管內(nèi)處理是恰當(dāng)?shù)模?/span> ②各端口阻力特性對(duì)石油氣引射器的性質(zhì)影響較大，它們直接影響一次二次進(jìn)風(fēng)的引射比，混合室壓力P3值，同時(shí)影響Gd／Gi比． ③熱管的面積fd對(duì)n2及Gd／Gi的影響較大， ④Gd／Gi是衡量石油氣引射器燃燒效果的一個(gè)重要指標(biāo)，當(dāng)Gd／Gi數(shù)值較小，石油氣爐燃燒時(shí)常常出現(xiàn)黃焰，說(shuō)明燃燒時(shí)氧氣不足，當(dāng)Gd／Gi增大至5左右時(shí)，石油氣爐全部出現(xiàn)藍(lán)色火焰，燃燒效果良好． 為了提高石油氣引射器的燃燒效率，設(shè)計(jì)最佳的引射器結(jié)構(gòu)，必須充分考慮②～④的問(wèn)題及決定最佳面積比（由P，取極值條件），文獻(xiàn)(12)的理論及實(shí)驗(yàn)為此提供了理論依據(jù)，對(duì)節(jié)約能源具有實(shí)用意義． 液化士i坎油送至廠礦作燃料，有很多優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，升溫迅速，調(diào)整容易，為熱工機(jī)械化及自動(dòng)化提供了很有利的條t}；怛液化氣殘油燃燒性能與柴油和重汕等很不-卡}{同，使用 一2一其他噴嘴來(lái)燃燒液化氣殘油是行不通的．文獻(xiàn)(13)經(jīng)探索找到了采用噴射式低壓氣相燃燒器改裝的方案，將殘油就地加熱氣化，這個(gè)方案設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，而且可以節(jié)省電力，即使停電也不影響生產(chǎn)． I．儲(chǔ)液罐2．液化氣泵3．單向閥4．液氣儲(chǔ)罐 5．液相安全閥 6．氣相安全閥 7．氣相減壓閥 8．氣相引射器 9．燃燒頭 IO.液壓減壓閥 II.液相引射器12.預(yù)熱圈 13．蒸汽管式加熱器 圖2液化氣殘油生物質(zhì)燃燒機(jī)結(jié)構(gòu)圖 液化氣燃燒過(guò)程，沸點(diǎn)低的成份先逸出，剩下了不易揮發(fā)的殘油，特別是在貯油罐存放時(shí)間長(zhǎng)，再經(jīng)自然揮發(fā)的殘油，更不易燃燒．本文討論包含這一類殘油的燃燒問(wèn)題．這種噴射式殘油生物質(zhì)燃燒機(jī)如圖2所示．它與低壓氣相生物質(zhì)燃燒機(jī)比較，主要是多了一個(gè)預(yù)熱圈12．蒸汽式加熱器13，并與液氣儲(chǔ)罐組成可移動(dòng)裝置．在氣相生物質(zhì)燃燒機(jī)中，低壓液化氣從噴嘴噴出，射流產(chǎn)生負(fù)壓，吸人所需空氣，經(jīng)混合管混合后從火孔噴出而燃燒．在液相的燃燒中，為了使生物質(zhì)燃燒機(jī)本身負(fù)起使液相氣化的任務(wù)，設(shè)置了預(yù)熱圈12．在預(yù)熱圈中，液化氣受到生物質(zhì)燃燒機(jī)頭部噴出的高溫火焰加熱成100℃左右的過(guò)熱蒸汽，然后再經(jīng)過(guò)連接銅管從噴嘴11噴出，在喉管與被吸入的空氣混合后，經(jīng)擴(kuò)散管提高靜壓力，從生物質(zhì)燃燒機(jī)頭都噴出．為了提高爐內(nèi)加熱效果，要求火焰噴射出一定長(zhǎng)度，為此將生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)頭部火孔收縮，以提高燃?xì)鈬姵鏊俣龋箽堄鸵夯瘹獬浞秩紵狙b置減少了環(huán)境污染，充分提高了能源利用率． 噴射流體在熱管中和生物質(zhì)燃燒機(jī)中引射空氣助燃，兩股流體密度相差較大，溫度梯度急劇變化，紊流邊界層為高湍流區(qū)域，紊流摻和過(guò)程伴隨著動(dòng)量和能量的交換、質(zhì)量的傳遞，因此對(duì)混合流場(chǎng)的研究，無(wú)論在理論上或?qū)嶒?yàn)上都遇到很大困難，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)上迄今未見(jiàn)精確求解的報(bào)導(dǎo)．隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，熱線風(fēng)速儀和流場(chǎng)可視化技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)觀察生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)的混合流場(chǎng)提供了有力的工具，對(duì)這方面的理論研究無(wú)疑也會(huì)有所推動(dòng)，可以肯定研制設(shè)計(jì)高效率的煤氣、石油氣噴嘴和生物質(zhì)燃燒機(jī)具有廣闊的前景，這方面進(jìn)一步深入研究必將在節(jié)能挖潛的應(yīng)用上發(fā)揮應(yīng)有的作用． 生物質(zhì)燃燒機(jī)應(yīng)用研究動(dòng)態(tài) 能源問(wèn)題舉世矚目，研制、推廣高效用能設(shè)備，對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行分析檢測(cè)是節(jié)能的重要措施1985年以來(lái)，我省一些產(chǎn)業(yè)部門不斷從國(guó)外引進(jìn)煤氣噴嘴及生物質(zhì)燃燒爐，例如日本高砂工業(yè)株式會(huì)社煤氣生物質(zhì)燃燒爐，意大利維高公司煤氣燃燒技術(shù)及西德AGROB公司的煤氣燃燒器等．一些單位正在仿制，但燃燒效率普遍比進(jìn)口的生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)低，耗氣量大I5—30%． 燃燒過(guò)程是噴射流體引射空氣兩次進(jìn)風(fēng)紊流摻和，伴隨著質(zhì)、熱傳遞cn，流場(chǎng)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜．生物質(zhì)燃燒機(jī)混合流場(chǎng)的理論研究對(duì)天然氣、煤氣、液化石油氣的燃燒，提高燃燒效率、節(jié)約能源等，具有重要意義，隨著南海油氣田的開(kāi)采、煤加壓氣化技術(shù)的普及，具有廣闊的應(yīng)用前景． 生物質(zhì)燃燒機(jī)噴射流體（包括旋動(dòng)流體）紊流混合流場(chǎng)的研究是流體力學(xué)的一個(gè)分支，迄今為止仍引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視(3～5)，全國(guó)流體工程學(xué)會(huì)第二屆噴射技術(shù)學(xué)術(shù)討論會(huì)上有五篇論文討論了這一問(wèn)題，在會(huì)議紀(jì)要中仍把。流場(chǎng)測(cè)試、質(zhì)熱傳遞和動(dòng)量交換過(guò)程的機(jī)理’作為研究方向． 近年來(lái)，有些工廠進(jìn)行旋動(dòng)射流試驗(yàn)，把噴射器的結(jié)構(gòu)加以改裝，主噴嘴內(nèi)加入斜槽導(dǎo)流塞，讓主射流旋轉(zhuǎn)，在空間作螺旋運(yùn)動(dòng)噴射出噴管．旋動(dòng)肘流在噴管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，伴隨著大量旋渦存在，屬紊流流態(tài)，另一股引射流體從切向注入，也形成旋動(dòng)流體．這種旋動(dòng)射流的結(jié)構(gòu)，用于燃油高爐的供油系統(tǒng)．這兩股流體，一股是油液，一股是空氣，通過(guò)它們的互相作用，把油珠充分破碎，使之霧化．同時(shí)可提高射流卷吸量，改變可燃?xì)怏w成份，讓油液能充分燃燒，起助燃作用．然而，該旋動(dòng)射流的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，互相作用的機(jī)理問(wèn)題尚待研究，目前仍處于試驗(yàn)階段，省油的效果也有待于今后總結(jié)(6)． 南京電瓷廠分析了各種燒嘴結(jié)構(gòu)和使用過(guò)的燒嘴情況，采用了一種獨(dú)特的渦流式結(jié)構(gòu)，其最大特點(diǎn)是采用了一個(gè)半內(nèi)混腔，使壓縮空氣直接沖擊在油股上后再形成渦流，造成有利的霧化條件．同時(shí)在中心還形成一定負(fù)壓，將熱風(fēng)吸進(jìn)去造成很好的汽化和燃燒．但對(duì)風(fēng)量、壓力與半混內(nèi)腔尺寸如何協(xié)調(diào)配合，有待迸一步優(yōu)化． 噴嘴內(nèi)流動(dòng)相當(dāng)復(fù)雜，國(guó)外許多學(xué)者已對(duì)簡(jiǎn)化了的流動(dòng)模型的流動(dòng)特性作了不少研究工作．根據(jù)各自不同的簡(jiǎn)化條件，得出了不同的設(shè)計(jì)計(jì)算方法．我國(guó)在壓力式離心噴嘴設(shè)計(jì)計(jì)算中常采用Doumas方法，而該方法由于沒(méi)有計(jì)及粘性和工作壓力影響，流動(dòng)模型又過(guò)份簡(jiǎn)化，導(dǎo)致計(jì)算求得的空氣渦半徑比，流量系數(shù)和噴霧角與實(shí)際情況右相當(dāng)大的偏離．文獻(xiàn)(8)借助分析和研究na}CH方法，并通過(guò)與Doumas方法、小林清志方法比較，得到了壓力式離心噴嘴的空氣渦半徑比、流量系數(shù)和噴霧角是隨工作壓力變化而變動(dòng)的規(guī)律，糾正了一些學(xué)者認(rèn)為噴嘴尺寸選定后，噴嘴的基本參數(shù)是不隨工作壓力大小而變的概念，文獻(xiàn)(9)對(duì)離心型噴嘴結(jié)合設(shè)計(jì)工作，導(dǎo)出了實(shí)用近似計(jì)算公式． 文獻(xiàn)(10)研究了亞音速氣體噴射器的理論計(jì)算問(wèn)題，從優(yōu)化條件導(dǎo)出最佳截面比，利用自由射流柬長(zhǎng)度取極值條件及聯(lián)系流控端口特性的方程，確定其幾何尺寸．其結(jié)果還可為設(shè)計(jì)高效能的煤氣、天然氣噴嘴提供計(jì)算參考依據(jù)．文獻(xiàn)(11)考慮了高溫噴射泵混合室內(nèi)的紊流摻和過(guò)程，導(dǎo)出混合式的壓力表達(dá)式，根據(jù)優(yōu)化條件，決定最佳面積幾何尺寸和混合式壓力值，并在隧道窯抽吸高溫氣體進(jìn)行二次燃燒，節(jié)約能源，已得到應(yīng)用，并取得一定的效果． 文獻(xiàn)(12)闡述了液化石油氣引射器一次進(jìn)風(fēng)及二次進(jìn)風(fēng)的工作原理，介紹了石油氣噴嘴情況，并討論了如何提高引射器燃燒效率的問(wèn)題．圖l石油氣引射器示意圖 圖1為石油氣引射器的示意圖，它由石油氣噴嘴、混合室及文丘里管（出口接熱管）等部分組成．液化石油氣是經(jīng)減壓閥降為300mmH20(Kg／rn2)恒定壓力作為工作液體由“j”端輸入，從噴嘴噴出．，第一次引射（抽吸）。Sl’端輸入的常溫空氣，經(jīng)過(guò)混合室3-3截面出口，在經(jīng)過(guò)混合的氣體動(dòng)量，及熱管由溫度差所造成的密度差折算為單位體積力的作用下，第二次引射常溫的空氣，從文丘里管。S’端進(jìn)入管內(nèi)混合室，由。d’端接熱管噴出，進(jìn)行燃燒． 流體在文丘里管內(nèi)流動(dòng)．除受混合室出口流量的動(dòng)量作用外，還受出口熱管傳熱引起的密度差所產(chǎn)生的單位體積力的作用．單獨(dú)考慮當(dāng)溫度差所造成的密度差為引起運(yùn)動(dòng)的唯一原因時(shí)，稱這種運(yùn)動(dòng)為自然流動(dòng)． 在理論計(jì)算中尚有如下四個(gè)問(wèn)題需提出來(lái)討論： ①}昆合室壓力P3的計(jì)算及一次進(jìn)風(fēng)引射比ni等，未考慮熱管溫差引起的密度差而產(chǎn)生的附加流動(dòng)的影響．將這一部分影響放在文丘里管內(nèi)處理是恰當(dāng)?shù)模?/span> ②各端口阻力特性對(duì)石油氣引射器的性質(zhì)影響較大，它們直接影響一次二次進(jìn)風(fēng)的引射比，混合室壓力P3值，同時(shí)影響Gd／Gi比． ③熱管的面積fd對(duì)n2及Gd／Gi的影響較大， ④Gd／Gi是衡量石油氣引射器燃燒效果的一個(gè)重要指標(biāo)，當(dāng)Gd／Gi數(shù)值較小，石油氣爐燃燒時(shí)常常出現(xiàn)黃焰，說(shuō)明燃燒時(shí)氧氣不足，當(dāng)Gd／Gi增大至5左右時(shí)，石油氣爐全部出現(xiàn)藍(lán)色火焰，燃燒效果良好． 為了提高石油氣引射器的燃燒效率，設(shè)計(jì)最佳的引射器結(jié)構(gòu)，必須充分考慮②～④的問(wèn)題及決定最佳面積比（由P，取極值條件），文獻(xiàn)(12)的理論及實(shí)驗(yàn)為此提供了理論依據(jù)，對(duì)節(jié)約能源具有實(shí)用意義． 液化士i坎油送至廠礦作燃料，有很多優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，升溫迅速，調(diào)整容易，為熱工機(jī)械化及自動(dòng)化提供了很有利的條t}；怛液化氣殘油燃燒性能與柴油和重汕等很不-卡}{同，使用 一2一其他噴嘴來(lái)燃燒液化氣殘油是行不通的．文獻(xiàn)(13)經(jīng)探索找到了采用噴射式低壓氣相燃燒器改裝的方案，將殘油就地加熱氣化，這個(gè)方案設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，而且可以節(jié)省電力，即使停電也不影響生產(chǎn)． I．儲(chǔ)液罐2．液化氣泵3．單向閥4．液氣儲(chǔ)罐 5．液相安全閥 6．氣相安全閥 7．氣相減壓閥 8．氣相引射器 9．燃燒頭 IO.液壓減壓閥 II.液相引射器12.預(yù)熱圈 13．蒸汽管式加熱器 圖2液化氣殘油生物質(zhì)燃燒機(jī)結(jié)構(gòu)圖 液化氣燃燒過(guò)程，沸點(diǎn)低的成份先逸出，剩下了不易揮發(fā)的殘油，特別是在貯油罐存放時(shí)間長(zhǎng)，再經(jīng)自然揮發(fā)的殘油，更不易燃燒．本文討論包含這一類殘油的燃燒問(wèn)題．這種噴射式殘油生物質(zhì)燃燒機(jī)如圖2所示．它與低壓氣相生物質(zhì)燃燒機(jī)比較，主要是多了一個(gè)預(yù)熱圈12．蒸汽式加熱器13，并與液氣儲(chǔ)罐組成可移動(dòng)裝置．在氣相生物質(zhì)燃燒機(jī)中，低壓液化氣從噴嘴噴出，射流產(chǎn)生負(fù)壓，吸人所需空氣，經(jīng)混合管混合后從火孔噴出而燃燒．在液相的燃燒中，為了使生物質(zhì)燃燒機(jī)本身負(fù)起使液相氣化的任務(wù)，設(shè)置了預(yù)熱圈12．在預(yù)熱圈中，液化氣受到生物質(zhì)燃燒機(jī)頭部噴出的高溫火焰加熱成100℃左右的過(guò)熱蒸汽，然后再經(jīng)過(guò)連接銅管從噴嘴11噴出，在喉管與被吸入的空氣混合后，經(jīng)擴(kuò)散管提高靜壓力，從生物質(zhì)燃燒機(jī)頭都噴出．為了提高爐內(nèi)加熱效果，要求火焰噴射出一定長(zhǎng)度，為此將生物質(zhì)燃燒機(jī)頭部火孔收縮，以提高燃?xì)鈬姵鏊俣龋箽堄鸵夯瘹獬浞秩紵狙b置減少了環(huán)境污染，充分提高了能源利用率． 噴射流體在熱管中和生物質(zhì)燃燒機(jī)中引射空氣助燃，兩股流體密度相差較大，溫度梯度急劇變化，紊流邊界層為高湍流區(qū)域，紊流摻和過(guò)程伴隨著動(dòng)量和能量的交換、質(zhì)量的傳遞，因此對(duì)混合流場(chǎng)的研究，無(wú)論在理論上或?qū)嶒?yàn)上都遇到很大困難，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)上迄今未見(jiàn)精確求解的報(bào)導(dǎo)．隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，熱線風(fēng)速儀和流場(chǎng)可視化技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)觀察生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)的混合流場(chǎng)提供了有力的工具，對(duì)這方面的理論研究無(wú)疑也會(huì)有所推動(dòng)，可以肯定研制設(shè)計(jì)高效率的煤氣、石油氣噴嘴和生物質(zhì)燃燒機(jī)具有廣闊的前景，這方面進(jìn)一步深入研究必將在節(jié)能挖潛的應(yīng)用上發(fā)揮應(yīng)有的作用． 能源問(wèn)題舉世矚目，研制、推廣高效用能設(shè)備，對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行分析檢測(cè)是節(jié)能的重要措施1985年以來(lái)，我省一些產(chǎn)業(yè)部門不斷從國(guó)外引進(jìn)煤氣噴嘴及生物質(zhì)燃燒爐，例如日本高砂工業(yè)株式會(huì)社煤氣生物質(zhì)燃燒爐，意大利維高公司煤氣燃燒技術(shù)及西德AGROB公司的煤氣燃燒器等．一些單位正在仿制，但燃燒效率普遍比進(jìn)口的生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)低，耗氣量大I5—30%． 燃燒過(guò)程是噴射流體引射空氣兩次進(jìn)風(fēng)紊流摻和，伴隨著質(zhì)、熱傳遞cn，流場(chǎng)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜．生物質(zhì)燃燒機(jī)混合流場(chǎng)的理論研究對(duì)天然氣、煤氣、液化石油氣的燃燒，提高燃燒效率、節(jié)約能源等，具有重要意義，隨著南海油氣田的開(kāi)采、煤加壓氣化技術(shù)的普及，具有廣闊的應(yīng)用前景． 生物質(zhì)燃燒機(jī)噴射流體（包括旋動(dòng)流體）紊流混合流場(chǎng)的研究是流體力學(xué)的一個(gè)分支，迄今為止仍引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視(3～5)，全國(guó)流體工程學(xué)會(huì)第二屆噴射技術(shù)學(xué)術(shù)討論會(huì)上有五篇論文討論了這一問(wèn)題，在會(huì)議紀(jì)要中仍把。流場(chǎng)測(cè)試、質(zhì)熱傳遞和動(dòng)量交換過(guò)程的機(jī)理’作為研究方向． 近年來(lái)，有些工廠進(jìn)行旋動(dòng)射流試驗(yàn)，把噴射器的結(jié)構(gòu)加以改裝，主噴嘴內(nèi)加入斜槽導(dǎo)流塞，讓主射流旋轉(zhuǎn)，在空間作螺旋運(yùn)動(dòng)噴射出噴管．旋動(dòng)肘流在噴管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，伴隨著大量旋渦存在，屬紊流流態(tài)，另一股引射流體從切向注入，也形成旋動(dòng)流體．這種旋動(dòng)射流的結(jié)構(gòu)，用于燃油高爐的供油系統(tǒng)．這兩股流體，一股是油液，一股是空氣，通過(guò)它們的互相作用，把油珠充分破碎，使之霧化．同時(shí)可提高射流卷吸量，改變可燃?xì)怏w成份，讓油液能充分燃燒，起助燃作用．然而，該旋動(dòng)射流的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，互相作用的機(jī)理問(wèn)題尚待研究，目前仍處于試驗(yàn)階段，省油的效果也有待于今后總結(jié)(6)． 南京電瓷廠分析了各種燒嘴結(jié)構(gòu)和使用過(guò)的燒嘴情況，采用了一種獨(dú)特的渦流式結(jié)構(gòu)，其最大特點(diǎn)是采用了一個(gè)半內(nèi)混腔，使壓縮空氣直接沖擊在油股上后再形成渦流，造成有利的霧化條件．同時(shí)在中心還形成一定負(fù)壓，將熱風(fēng)吸進(jìn)去造成很好的汽化和燃燒．但對(duì)風(fēng)量、壓力與半混內(nèi)腔尺寸如何協(xié)調(diào)配合，有待迸一步優(yōu)化． 噴嘴內(nèi)流動(dòng)相當(dāng)復(fù)雜，國(guó)外許多學(xué)者已對(duì)簡(jiǎn)化了的流動(dòng)模型的流動(dòng)特性作了不少研究工作．根據(jù)各自不同的簡(jiǎn)化條件，得出了不同的設(shè)計(jì)計(jì)算方法．我國(guó)在壓力式離心噴嘴設(shè)計(jì)計(jì)算中常采用Doumas方法，而該方法由于沒(méi)有計(jì)及粘性和工作壓力影響，流動(dòng)模型又過(guò)份簡(jiǎn)化，導(dǎo)致計(jì)算求得的空氣渦半徑比，流量系數(shù)和噴霧角與實(shí)際情況右相當(dāng)大的偏離．文獻(xiàn)(8)借助分析和研究na}CH方法，并通過(guò)與Doumas方法、小林清志方法比較，得到了壓力式離心噴嘴的空氣渦半徑比、流量系數(shù)和噴霧角是隨工作壓力變化而變動(dòng)的規(guī)律，糾正了一些學(xué)者認(rèn)為噴嘴尺寸選定后，噴嘴的基本參數(shù)是不隨工作壓力大小而變的概念，文獻(xiàn)(9)對(duì)離心型噴嘴結(jié)合設(shè)計(jì)工作，導(dǎo)出了實(shí)用近似計(jì)算公式． 文獻(xiàn)(10)研究了亞音速氣體噴射器的理論計(jì)算問(wèn)題，從優(yōu)化條件導(dǎo)出最佳截面比，利用自由射流柬長(zhǎng)度取極值條件及聯(lián)系流控端口特性的方程，確定其幾何尺寸．其結(jié)果還可為設(shè)計(jì)高效能的煤氣、天然氣噴嘴提供計(jì)算參考依據(jù)．文獻(xiàn)(11)考慮了高溫噴射泵混合室內(nèi)的紊流摻和過(guò)程，導(dǎo)出混合式的壓力表達(dá)式，根據(jù)優(yōu)化條件，決定最佳面積幾何尺寸和混合式壓力值，并在隧道窯抽吸高溫氣體進(jìn)行二次燃燒，節(jié)約能源，已得到應(yīng)用，并取得一定的效果． 文獻(xiàn)(12)闡述了液化石油氣引射器一次進(jìn)風(fēng)及二次進(jìn)風(fēng)的工作原理，介紹了石油氣噴嘴情況，并討論了如何提高引射器燃燒效率的問(wèn)題．圖l石油氣引射器示意圖 圖1為石油氣引射器的示意圖，它由石油氣噴嘴、混合室及文丘里管（出口接熱管）等部分組成．液化石油氣是經(jīng)減壓閥降為300mmH20(Kg／rn2)恒定壓力作為工作液體由“j”端輸入，從噴嘴噴出．，第一次引射（抽吸）。Sl’端輸入的常溫空氣，經(jīng)過(guò)混合室3-3截面出口，在經(jīng)過(guò)混合的氣體動(dòng)量，及熱管由溫度差所造成的密度差折算為單位體積力的作用下，第二次引射常溫的空氣，從文丘里管。S’端進(jìn)入管內(nèi)混合室，由。d’端接熱管噴出，進(jìn)行燃燒． 流體在文丘里管內(nèi)流動(dòng)．除受混合室出口流量的動(dòng)量作用外，還受出口熱管傳熱引起的密度差所產(chǎn)生的單位體積力的作用．單獨(dú)考慮當(dāng)溫度差所造成的密度差為引起運(yùn)動(dòng)的唯一原因時(shí)，稱這種運(yùn)動(dòng)為自然流動(dòng)． 在理論計(jì)算中尚有如下四個(gè)問(wèn)題需提出來(lái)討論： ①}昆合室壓力P3的計(jì)算及一次進(jìn)風(fēng)引射比ni等，未考慮熱管溫差引起的密度差而產(chǎn)生的附加流動(dòng)的影響．將這一部分影響放在文丘里管內(nèi)處理是恰當(dāng)?shù)模?/span> ②各端口阻力特性對(duì)石油氣引射器的性質(zhì)影響較大，它們直接影響一次二次進(jìn)風(fēng)的引射比，混合室壓力P3值，同時(shí)影響Gd／Gi比． ③熱管的面積fd對(duì)n2及Gd／Gi的影響較大， ④Gd／Gi是衡量石油氣引射器燃燒效果的一個(gè)重要指標(biāo)，當(dāng)Gd／Gi數(shù)值較小，石油氣爐燃燒時(shí)常常出現(xiàn)黃焰，說(shuō)明燃燒時(shí)氧氣不足，當(dāng)Gd／Gi增大至5左右時(shí)，石油氣爐全部出現(xiàn)藍(lán)色火焰，燃燒效果良好． 為了提高石油氣引射器的燃燒效率，設(shè)計(jì)最佳的引射器結(jié)構(gòu)，必須充分考慮②～④的問(wèn)題及決定最佳面積比（由P，取極值條件），文獻(xiàn)(12)的理論及實(shí)驗(yàn)為此提供了理論依據(jù)，對(duì)節(jié)約能源具有實(shí)用意義． 液化士i坎油送至廠礦作燃料，有很多優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，升溫迅速，調(diào)整容易，為熱工機(jī)械化及自動(dòng)化提供了很有利的條t}；怛液化氣殘油燃燒性能與柴油和重汕等很不-卡}{同，使用 一2一其他噴嘴來(lái)燃燒液化氣殘油是行不通的．文獻(xiàn)(13)經(jīng)探索找到了采用噴射式低壓氣相燃燒器改裝的方案，將殘油就地加熱氣化，這個(gè)方案設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，而且可以節(jié)省電力，即使停電也不影響生產(chǎn)． I．儲(chǔ)液罐2．液化氣泵3．單向閥4．液氣儲(chǔ)罐 5．液相安全閥 6．氣相安全閥 7．氣相減壓閥 8．氣相引射器 9．燃燒頭 IO.液壓減壓閥 II.液相引射器12.預(yù)熱圈 13．蒸汽管式加熱器 圖2液化氣殘油生物質(zhì)燃燒機(jī)結(jié)構(gòu)圖 液化氣燃燒過(guò)程，沸點(diǎn)低的成份先逸出，剩下了不易揮發(fā)的殘油，特別是在貯油罐存放時(shí)間長(zhǎng)，再經(jīng)自然揮發(fā)的殘油，更不易燃燒．本文討論包含這一類殘油的燃燒問(wèn)題．這種噴射式殘油生物質(zhì)燃燒機(jī)如圖2所示．它與低壓氣相生物質(zhì)燃燒機(jī)比較，主要是多了一個(gè)預(yù)熱圈12．蒸汽式加熱器13，并與液氣儲(chǔ)罐組成可移動(dòng)裝置．在氣相生物質(zhì)燃燒機(jī)中，低壓液化氣從噴嘴噴出，射流產(chǎn)生負(fù)壓，吸人所需空氣，經(jīng)混合管混合后從火孔噴出而燃燒．在液相的燃燒中，為了使生物質(zhì)燃燒機(jī)本身負(fù)起使液相氣化的任務(wù)，設(shè)置了預(yù)熱圈12．在預(yù)熱圈中，液化氣受到生物質(zhì)燃燒機(jī)頭部噴出的高溫火焰加熱成100℃左右的過(guò)熱蒸汽，然后再經(jīng)過(guò)連接銅管從噴嘴11噴出，在喉管與被吸入的空氣混合后，經(jīng)擴(kuò)散管提高靜壓力，從生物質(zhì)燃燒機(jī)頭都噴出．為了提高爐內(nèi)加熱效果，要求火焰噴射出一定長(zhǎng)度，為此將生物質(zhì)燃燒機(jī)頭部火孔收縮，以提高燃?xì)鈬姵鏊俣龋箽堄鸵夯瘹獬浞秩紵狙b置減少了環(huán)境污染，充分提高了能源利用率． 噴射流體在熱管中和生物質(zhì)燃燒機(jī)中引射空氣助燃，兩股流體密度相差較大，溫度梯度急劇變化，紊流邊界層為高湍流區(qū)域，紊流摻和過(guò)程伴隨著動(dòng)量和能量的交換、質(zhì)量的傳遞，因此對(duì)混合流場(chǎng)的研究，無(wú)論在理論上或?qū)嶒?yàn)上都遇到很大困難，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)上迄今未見(jiàn)精確求解的報(bào)導(dǎo)．隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，熱線風(fēng)速儀和流場(chǎng)可視化技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)觀察生物質(zhì)燃燒機(jī)的混合流場(chǎng)提供了有力的工具，對(duì)這方面的理論研究無(wú)疑也會(huì)有所推動(dòng)，可以肯定研制設(shè)計(jì)高效率的煤氣、石油氣噴嘴和生物質(zhì)燃燒機(jī)具有廣闊的前景，這方面進(jìn)一步深入研究必將在節(jié)能挖潛的應(yīng)用上發(fā)揮應(yīng)有的作用． |
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