中圖分類號：TK223.23
文獻標識碼：A
文章編號：1001－2060（2000）03－0243-05
The Effect of a Central Flared Angle on the Gas-solid Flow Characteristics at the Outlet of a Radial Bias and Pulverized-coal Swirl Burner
Wang Le Wu Shaohua Hao Jinbo
（College of Energy Science and Engineering under the Harbin Institute of Technology, Harbin, China, Post Code 150001）
Under the condition of different central flared angles and through the cold-state particle dynamic analyzer (PDA) testing of a radial bias and swirl burner a study was conducted of the burner outlet velocity, pulverized coal particle diameter and concentration distribution. As a result, obtained was the mechanism of the effect of the central flared angle on the gas-solid flow characteristics at the burner outlet. Also analyzed was the influence on the burner performance of the central flared angle. All the above work can provide some reference data and serve as a basis for the engineering application and optimized design of the above-mentioned burners.
Key words: pulverized-coal swirl burner, pulverized-coal combustion, gas-solid dual-phase flow, particle dynamic analyzer (PDA)
1 前言
旋流煤粉燃燒器作為煤粉燃燒的主要燃燒方式已在國內外各種容量鍋爐機組上得到廣泛的應用。哈爾濱工業大學綜合旋流燃燒器穩定火穩，高濃度煤粉燃燒原理和分級配風原理，開發設計的徑向濃淡旋流煤粉燃燒器［1］，適用於中儲倉式制粉系統和直吹式制粉系統，不僅方便於我國現有旋流燃燒器的改造，而且滿足煤粉燃燒技術中適應大容量機組發展的需要。由於該燃燒器同時具有高效，穩燃，防結渣，防高溫腐蝕和低NOx排放的優良性能，因此得到了廣泛的應用［2～3］。
徑向濃淡旋流煤粉燃燒器的迴流區是在旋轉氣流、中心擴口的複合作用下形成的，在燃燒器氣流出口處存在兩個迴流區即中心迴流區和外迴流區［4］。外迴流保證射流有合適的擴展角，提供良好的補氣條件，對著火和燃燒有一定的作用。中心迴流區直接卷吸下游的已開始燃燒的高溫煙氣至一次風風粉混合氣流的根部，為燃料的著火提供著火熱和已經反應的活性基團，而且煤粉顆粒在中心迴流區附近停留時間要比在外迴流區處長得多，因此煤粉著火初期發生的預熱過程、熱解過程、揮發份及固定碳的燃燒、污染物NOx的生成過程主要在中心迴流區邊界附近進行，上述過程與中心迴流區的流動結構、溫度水平和氣氛組成有重要關係。
圖1為徑向濃淡旋流煤粉燃燒器結構示意圖。從圖中可以看出徑向濃淡旋流煤粉燃燒器的中心擴口位於濃一次風噴口的內側，因此中心擴口對一次風出口氣流的流動方向、顆粒流動情況及燃燒器出口處中心迴流區附近的氣流湍流脈動都有重要影響。
2 試驗系統及測試方法
試驗系統包括試驗段、供風、送粉、粉塵收集、PDA測試系統。實驗段為高2 m，內徑為700 mm的圓柱形筒體。
測試系統採用DANTEC公司生產的二維激光粒子動態分析儀(DualPDA)，它是一種非接觸的測試方式，既不影響流場也不影響粒子運動，是當今測量顆粒動態特性的最先進的工具之一。它可以在不干擾流場的基礎上，同時採集氣固兩相速度和顆粒粒徑信號，進而可以分析出一定時間、空間內的顆粒濃度分佈、兩相滑移速度、各種脈動指數和湍動能分佈等。整個測試系統由5 W氬離子激光器，發射器，信號處理器，光學鏡頭，計算機，遠控坐標架等組成。接收方式採用前向30°折射模式。
試驗所用示蹤粒子為玻璃微珠，平均粒徑為45 μm，球形度在85%以上，可以較好的滿足實時性和可靠性的要求。
燃燒器模型與原型之間按幾何相似準則以1：6製成。在試驗中保持燃燒器進入自模化區，燃燒器模型與原型的動量比相等。試驗中燃燒器其它結構不變，只改變中心風擴口角度αc=0°、30°、45°的條件下進行試驗。每個工況沿試驗段高度方向取六個測量截面(X=20 mm,50 mm,90 mm,177 mm,360 mm,540 mm)，在軸線附近測點加密。每個截面沿直徑方向取40～45個測點，每個測點採樣為1000個數據點。
3 試驗結果分析
在分析結果時，氣相採用粒徑為0～8 μm的顆粒作為示蹤粒子。顆粒相採用粒徑為10～100μm的顆粒作為示蹤粒子。顆粒粒徑按顆粒個數平均的平均直徑d10，顆粒濃度為顆粒相對數密度C／Cmax(單位體積內的顆粒數，C為每一測點的顆粒數密度，Cmax為該截面顆粒數
