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燃水煤浆旋风炉设计及再燃室传热流动研究

孙勇  
【摘要】:中国石油和天然气资源储量相对于煤较为匮乏,水煤浆作为一种煤基的液体燃料是替代石油、天然气,合理利用我国能源资源的良好选择。本文介绍了水煤浆和旋风炉的的发展利用以及旋风炉自身特点、设计运行注意问题。提出了发展燃水煤浆旋风炉的优势和技术难点。 根据能量守恒、辐射传热性质,分析旋风炉炉内传热计算模型,介绍了几种旋风炉出口温度计算方法。利用最优旋风筒出口温度计算方法,建立旋风筒设计计算模型,并利用计算模型提出三种不同的设计方案。第一种为空冷无渣膜保护设计方案,分析不同的保温材料厚度对旋风筒出口温度、耐火材料表面温度以及保温材料表面温度的影响;第二种为空冷有渣膜保护设计方案,完成不同渣层厚的旋风筒设计,进行了不同燃料发热量变工况计算,得到变工况对出口温度、耐火材料表面温度以及渣层厚度的影响;第三种为水冷有渣膜保护,分析不同发热量燃料对水冷壁吸热量、出口温度、耐火材料表面温度的影响,并着重分析运行工况变化时,渣层厚度的变化关系。并比较三种设计方案优缺点。 根据设计方案,建造出小型燃水煤浆旋风试验炉,对旋风炉的温度、热流密度、吸热量等测量仪器进行介绍。给出在空气过剩系数为1.2分级配风条件下,给出二次燃烧室的烟气温度、热流密度以及炉壁管壁温度的分布规律。对比分析在空气过剩系数为1.2、1.4、1.6以及燃烧器集中配风和分级配风、集中配风两种配风方式下,各个参数变化关系,找到旋风炉运行的基本规律。介绍了二次燃烧室的冷却管吸热量进行测量计算方法,对比不同工况下,包括变化空气过剩系数、配风方式,冷却管吸热量变化进行分析。 介绍二次燃烧室积灰结渣现象,分析积灰结渣造成的影响和产生原因。通过二次燃烧室的流场模拟,发现二次燃烧室的存在较大的回流区,并且回流区随着负荷的增加而增大。由于旋风筒的分离作用,进入二次燃烧室的烟气中飞灰的粒度较小,容易粘附到水冷、空冷管的壁面,结渣积灰现象难以避免。给出改变入口窄缝截面积大小,进而影响进入二次燃烧室烟气流速,减少回流区大小,降低积灰现象。


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