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志承教你对于燃烧器的再认识

来源:未知| 发布时间:2019-02-27 18:32:25| 浏览数:


(1)燃烧器与射流
射流与管内流动不同,其脱离了管口,不受管壁的影响和限制,并且与周围的气体接触和混合。窑头主燃烧器与二次风的接触和混合直接影响燃烧效率。

射流有层流和湍流两种状态,窑头燃烧器属于湍流射流。

射流分自由射流与受限射流,由于燃烧器喷出后受到回转窑窑壁的限制,因此属于受限射流。

自由射流的形成与特点:气体喷出后,不仅沿轴向向前运动,由于与周围气体速度差的存在,还发生横向运动,使得喷出气体与周围气体不断地互相掺混,进行质量和动量交换,从而带动周围气体一起向前运动。

因此,射流在向前流动过程中,其流量和横截面积不断增大,流速逐渐降低,形成向周围扩散的锥形体的流动,然后射流在周围气体中消失(淹没)。

关于自由射流的具体参数,包括极角、射流半径、轴心速度、体积流量、平均速度、质量平均速度等,在这里就不进行介绍。大家可以学习《硅酸盐工业热工基础》。

(2)特殊的射流:同心射流的混合
之所以单独说同心射流,因为其更接近与现有的燃烧器(除了没有考虑旋流风、中心风)。同心射流指的是一股气体从中心管喷出,另外一股气体从周围喷出。对于水泥窑燃烧器来说,煤风携带煤粉从中心喷出,轴流风从环隙喷出,高速的轴流风卷吸高温二次风,同时轴流风与煤风由于速度差的存在,也会发生混合,这对于煤粉的快速燃烧有重要作用。

这里暂且不考虑轴流风对二次风的卷吸作用,仅考虑轴流风卷吸二次风后与中心风的同心射流。

同心射流混合的速度与外层气流速度(w)与中心气流速度(w0)之比、中心管径和外层气流厚度、两股气流的交角等。

重点说下外层气流速度(即轴流风速度)与中心气流速度(即煤风速度)之比的影响。两者之比对两股气流在射流轴线上的混合速度影响如下图所示。可以看出,当w/w0增加时,中心轴线上的浓度降低较快,这说明混合速度在加快。

其原因是,如果煤风速度加快了,使卷吸二次风后的轴流风不易深入到煤风中去;如果轴流风速度加快了,使气体质点的湍流扩散速度加快,轴流风更容易深入到中心流中去,有利于气流的混合。

需要指出的是,一般情况下煤风速度固定,如果提高轴流风速度,这虽然有助于湍流扩散加快,促进混合,但同时使得气流射程增大,不利于轴流风与煤风在一定距离内的混合。因此,轴流风速度增加后,对于火焰长度的影响是复杂的,有可能因为促进湍流和混合而缩短火焰,也有可能因为射程增大而使火焰延长。

(3)特殊的射流:旋转射流
旋流风的存在使得燃烧器射流属于旋转射流。顾名思义,旋转射流除了在轴向、径向上具有速度外,在周向(切向)上也存在速度,从而促使气流旋转。旋转射流在同心射流的基础上,由于旋转作用的存在,紊流强度增加了很多,同时扩展角增大到了90-120°,使得其外表面积增大,从而增强了气体与燃料的混合效果,促进了燃料的快速燃烧,并缩短了射程,即后火焰长度。

这里说下旋转强度Ω。旋转强度是评价旋转强度的符号,也称为旋流度,定义为:

Ω=L0/(K0×d/4)

其中,L0是旋转设备出口角动量的轴向通量(可以理解为切向推力);K0是旋流设备出口轴向推力;d是旋转设备喷出口的直径(这里旋转设备指的就是燃烧器)。具体的计算过程这里不再阐述,可以参考清华大学吴学增等《旋转射流的特点、旋流强度的计算及在燃烧器上的应用》(http://www.doc88.com/p-0713571515190.html),及江旭昌《多风道煤粉燃烧器旋流数的分析与计算》,水泥,2014(9)。

旋转强度越大,旋转射流切向速度越大,回流区也越大,射流扩散角也越大,射流的射程越短。也就是说,旋转强度越大,火焰越粗,同时越短。

需要指出的是,当忽略燃烧器出口处与外界的静压差时,所得的旋转强度称为旋流数。而大量实践证明,此时的误差不会很大。旋流数可以直接根据燃烧器的形式和结构尺寸进行求解。同时,对于不同结构的燃烧器,即使其旋流数相同,出口速度场的特性仍可能有较大的差异。



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