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煤粉颗粒群射流着火特性实验研究

俞伟伟  
【摘要】:研究煤粉射流在不同气流和煤粉条件下的着火特性,包括着火机理和着火延迟,对燃烧器设计和设备运行具有重要意义。不同反应条件下煤粉着火和燃烧特性不同,颗粒间相互作用和两相湍流特性使得煤粉颗粒群射流着火与单颗粒存在显著差别。 在总结分析煤粉射流着火典型研究手段的基础上,设计搭建了基于Hencken型燃烧器和注射式给粉器的平面火焰携带流反应器系统,提供接近工程实际的炉膛中近一维反应环境,并能够快速调节气流条件和煤粉条件,以开展煤粉射流着火实验研究;构建了基于高速CCD相机等图像采集设备的光学诊断系统,开发了一套简单有效的图像处理方法,实现了射流着火形态的定性光学观察研究和着火特性的定量计算分析。利用搭建的反应器系统,结合光学照相和图像处理手段,详细研究了煤粉颗粒群射流在不同气流条件和煤粉条件下的着火特性。 进行了多种工况下的射流着火实验,考察了煤粉颗粒群射流“群燃火焰”的典型形态,分析了实验观察到的三种群燃火焰特征及其工况特点;利用增强型电荷耦合相机(ICCD)照相结合窄带滤波的方法分析了群燃火焰的形成机理;利用高速电荷耦合相机(High-speed CCD)采集了煤粉射流着火图像序列,考察了典型群燃火焰的火焰团聚、分离和锋面波动特性;不同给粉浓度下的射流着火瞬态特性的实验结果表明,随着给粉浓度的增加,煤粉射流群燃火焰稳定性增强。 研究了不同气流条件和煤粉条件下煤粉颗粒群射流着火特性,实验结果表明:较高挥发分含量、适当风粉当量比是煤粉颗粒群射流出现“群燃火焰”的两个必要条件;由于层流和湍流条件下传热传质行为和两相湍流特性的差别,一次风气流速度不同时,射流着火形态存在显著差异;煤粉浓度的增加有利于煤粉射流群燃火焰的形成,气流热容量增大效应和析出挥发分增多效应这两方面竞争作用使得群燃火焰的着火延迟距离随给粉浓度增加呈现先减小后增大的变化趋势;挥发分含量越高、粒径越小的煤粉更易于形成煤粉射流的群燃火焰,并且随着挥发分含量的增大和颗粒粒径的减小,煤粉气流在相同位置处析出的挥发分增多,群燃火焰的延迟距离减小;受O2浓度控制的反应诱导时间占整个着火延迟时间的比例较小,造成一次风O2浓度和二次风O2浓度对着火延迟距离影响不显著,但会强化着火之后煤粉的燃烧过程。


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