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高温烟气在炉内辐射传热与流动特性研究

陈乐  
【摘要】:某些利用高温烟气进行辐射换热的工业锅炉因其能耗大、运行成本高等问题,需要进行节能改造,其改造要求是:改造后的锅炉能产生干净高温烟气,高温烟气的热量主要是通过辐射换热方式释放出来,换热过程中烟气不能直接冲刷换热面。本文介绍了一种实验型水煤浆液态排渣旋风炉,旋风炉分为三个部分:前置室、水平烟道和辐射室,水煤浆在前置室燃烧产生高温烟气,辐射室用来模拟工艺生产过程。文中论述了水煤浆、旋风炉的技术特点和利用情况,因需要利用PIV技术研究高温烟气对换热面冲刷的影响,文中介绍了PIV测速技术的发展和利用现状。 为了解水煤浆旋风炉辐射室传热情况,分析烟气和模拟介质的传热效果。在旋风炉上进行了燃水煤浆实验工况,该实验工况主要测定了炉膛的烟气温度分布、炉壁及冷却管壁面温度。实验结果表明,炉内的温度场水平方向分布均匀,未出现局部高温区,能满足旋风炉运行要求;为验证水煤浆旋风炉燃烧天然气的可行性,进行了天然气实验工况,实验结果表明水煤浆旋风炉能安全运行。通过对比不同过量空气系数和不同燃料试验工况的吸热量可知,在满足换热要求的情况下,可以通过提高过量空气系数来降低辐射室烟气温度、炉壁和换热管温度,提高旋风炉运行的安全性。 为研究进入辐射室的高温烟气是否会直接冲刷换热管,验证烟气分流器是否达到设计要求。利用(PIV)粒子图像测速技术对水煤浆旋风炉高温烟气通过分流器的流场特性进行了实验研究,实验选取烟气中的高温颗粒(粒径约为5um)为示踪粒子,测量了不同负荷下烟气通过分流器的流场特性。通过研究发现,烟气射流强度较高时,射流尾部会出现局部扰动现象;越靠近贴壁射流出口处,受射流主体压差的影响,速度梯度较大,并出现速度涡结构,在距离射流出口一定距离处,烟气速度梯度较小;根据炉内温度场和积灰情况对PIV测量结果进行了验证。PIV实验结果表明,当射流出口速度为22m/s时,射流刚性比较好,能满足分流器的设计要求,在此速度下能减少烟气对管壁的冲刷和沾污;利用(PIV)测速技术能很好地反映了烟气速度流场,对烟气分流器的设计有指导意义


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