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煤粉富氧点火器流场的数值模拟及结构优化

张燕  
【摘要】:电站锅炉在运行过程中需要消耗大量的燃油来完成冷态点火启动以及低负荷稳燃,而近年来,随着燃油价格的不断上涨,开发少油甚至无油点火技术,降低点火与助燃用油已迫在眉睫。 本文以强化温度水平和供氧条件这两个控制煤粉着火燃烧的主要参数为依据,提出了高温富氧无油点火技术,设计了一种新型的煤粉无油点火器——煤粉富氧点火器。为了降低耗氧量以减少点火成本,本文设计的点火器分为一、二两级,在运行时首先利用高温氧气点燃第一级,然后利用第一级富氧燃烧的高温火炬点燃第二级,进而实现整个煤粉点火器的点火。 本文首先对煤粉富氧点火进行了详细的计算分析,确定了点火器的基本尺寸和工况参数,之后借助FLUENT软件对煤粉富氧点火器组织的流场进行了数值模拟,并以此为基础对点火器的结构进行了优化。通过研究发现,在第一级点火过程中有效地组织流场使之形成面积较大、形状合理的回流区是保证中心管煤粉气流与高温氧气充分混合继而成功着火的关键;煤粉富氧点火器第一级优化后结果表明:在运行参数不变的情况下,选用高度为30mm、顶角60°的圆锥作为导流锥,并将其置于距离一次风粉出口0mm的位置上、中心管喷口扩口半角取15°、高温氧气旋流喷口扩口半角取25°时回流区最为理想;而在结构参数不变的情况下,高温氧气旋流强度取1.5~2.5、中心管煤粉气流速度取12.5m/s~20m/s时回流区较为理想。而只要保证第二级风粉气流顺利进入第一级高温氧气形成的回流区,并有充足的氧气支持点火器第二级即可顺利着火,点火器整体优化结果为:运行参数不变的情况下,燃尽风旋流喷口扩口半角取20°时最为理想;而在结构参数不变的情况下,最佳的燃尽风旋流强度为2.5、第二级风粉气流速度为15m/s~25m/s。


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