大型撞擊式水煤漿噴嘴流量特性試驗研究

第20卷第5期電站系統工程VoL 20 No52004年9月Power System EngineeringSep.2004文章編號:1005-006X(2004)05-002503大型撞擊式水煤漿噴嘴流量特性試驗研究浙江大學(xué)黃鎮宇李習臣曹大東劉建忠周俊虎岑可法摘要:對大容量的撞擊式水煤漿霧化噴嘴進(jìn)行了試驗研究,分析了噴嘴運行參數和噴嘴內各主要結構參數對噴嘴流量特性的影響。經(jīng)過(guò)對試驗數據的分析,分別指岀了各個(gè)因素的影響程度、原因及相應調節方案。對以后此類(lèi)噴嘴的研究有一定的指導意義,關(guān)鍵詞:水煤漿;霧化;噴嘴;撞擊式噴嘴;流量特性中圖分類(lèi)號:TK16文獻標識碼:ATesting Research on Load Characteristic of Large-capacity ZD Model CWs AtomizerHUANG Zhen-yu, LI Xi-chen, CAO Da-dong, et al.Abstract: It tested on large-capacity ZD modal atomizer and examined the relationship between run-time parameter,structural parameter and load characteristic. According to the analysis on test data, we find out the affect degree, affectcausation and optimization method of each parameter. It has certain guidance effect on future atomization researchKey words: CWS; atomization; atomizer; ZD modal atomizer水煤漿作為一種低污染、高效率、流動(dòng)性強的新型清潔代油燃料在我國已經(jīng)有了很廣泛的應用,廣東茂名熱電廠(chǎng)410th鍋爐改燒水煤漿也已進(jìn)入實(shí)施階段。改燒水煤漿鍋爐的容量大型化,也要求有大容量高性能的水煤漿霧化噴嘴來(lái)保證燃燒。在我國230Ⅶh及230th以下容量的鍋爐改燒水Y型霧化汽煤漿技術(shù)已經(jīng)比較成熟,所應用的霧化噴嘴容量一般都不T型霧化汽出口霧矩高于3.5h;隨著(zhù)410th及更大容量的鍋爐改造項目的出現,這樣容量的噴嘴已不能滿(mǎn)足需要,以后會(huì )逐漸采用單槍圖1撞擊式水煤漿噴嘴結構示意圖容量為6Ⅶh或更大容量的噴嘴,現在國內還沒(méi)有這樣大容在小混合室出口受到第二級霧化氣的垂直沖擊,其中的液量的水煤漿噴嘴,需要進(jìn)行新的開(kāi)發(fā)研究。絲、液膜或大的液滴再次破碎,稱(chēng)?T型霧化;然后混合物噴嘴大型化最直接的問(wèn)題就是怎樣增大噴嘴的出力以經(jīng)過(guò)一個(gè)縮孔再次得到加速,并在慣性力的作用下高速沖擊及怎樣才能取得較好的負荷調節特性,解決問(wèn)題的前提就是到撞擊件上而破碎,稱(chēng)撞擊霧化:緊接著(zhù)氣漿混合物在出口弄清楚影響嘖嘴流量的各個(gè)因素及萁影響程度。本文就是圍孔內形成第四級霧化,細小液滴仍會(huì )受其影響而再次破碎,繞此前提,對撞擊式噴嘴的流量特性進(jìn)行了試驗研究。國內成為出口孔霧化。實(shí)踐證明,經(jīng)過(guò)這四級霧化足以把水煤漿用來(lái)霧化水煤漿的噴嘴型式有很多4,但在國內應用最廣破碎成平均直徑(SMD)為110μm左右的細小顆粒,滿(mǎn)的是浙江大學(xué)開(kāi)發(fā)的撞擊式水煤漿霧化噴嘴,這種型式旳噴足燃燒的需要。關(guān)于撞擊式噴嘴的優(yōu)點(diǎn),文獻[5~6中有詳嘴已經(jīng)在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐上得到廣泛的應用并表現良細的介紹。好。本文試驗所用的噴嘴即是這種型式ε2試驗內容撞擊式水煤漿霧化噴嘴作為一種組合型內混式噴嘴,撞擊式噴嘴內部工質(zhì)和霧1.1工作原理及其特點(diǎn)化氣的混合及流動(dòng)情況極其復雜,流場(chǎng)的任何變化都會(huì )影響撞擊式水煤漿噴嘴是一種氣力霧化噴嘴,由后至前依次最終的霧化質(zhì)量及流量特性。影響內部流場(chǎng)也即影響最終霧布置“Y”型、“T”型和撞擊型霧化,圖1為撞擊式水煤漿化質(zhì)量和流量特性的因素有很多,大體分為3類(lèi):噴嗜幾何噴嘴的結構示意圖結構尺寸、工質(zhì)和霧化氣特性和運行參數。為獲得更佳的霧如圖1所示,噴嘴采用中間進(jìn)漿方式,水煤漿進(jìn)入小混化效果,就要通過(guò)試驗對這些因素逐一進(jìn)行考察,了解各因合室后,受到第一級霧化氣(或汽)的沖擊,被撕裂成細絲素的作用。本文主要考察了噴嘴幾何結構尺寸和運行參數兩或薄的液膜,此次霧化稱(chēng)?"Y型霧化;所形成的氣漿混合物類(lèi)因素對流量特性的影響,在小混合室內向前流動(dòng)的同時(shí),繼續進(jìn)行動(dòng)量交換:混合物影響噴嘴流量特性的幾何結構主要有進(jìn)漿孔、Y型氣收稿日期:2003-11-25孔、內混室、T型進(jìn)氣孔、撞擊件以及霧化頭出口孔。運行黃鎮宇,男。熱能工程研究所,310027參數包括漿壓和氣壓電站系統工程2004年第20卷3試驗系統簡(jiǎn)介比于工質(zhì)要大得多,所以小混合室內的壓力主要受供氣壓力控制。這樣,由前面的公式可以容易地預測出影響工質(zhì)流量圖2為試驗系統簡(jiǎn)圖。整個(gè)系統由4部分組成:第一部的直接因素有進(jìn)漿孔參數和運行參數(漿壓、氣壓),這分是工質(zhì)循環(huán)系統,它實(shí)現工質(zhì)的循環(huán)利用,并提供噴嘴試點(diǎn)在試驗中也得到了驗證;另外對混合室壓力影響大的因素驗時(shí)工質(zhì)所需的壓力;第二部分是霧化介質(zhì)系統,它提供工也會(huì )影響工質(zhì)流量出口孔流通面積等質(zhì)霧化所需的壓縮空氣,并根據試驗的需要提供合適的霧化42各結構參數對流量的影響空氣壓力;第三部分是引風(fēng)系統,它及時(shí)吸出霧化空氣保持試驗發(fā)現,在各個(gè)結構尺寸中,進(jìn)漿孔直徑對噴嘴的流霧化室內為輕微負壓,防止霧化飛沫從霧化室壁的縫隙中溢量影響最大。圖3為其他條件不變情況下工質(zhì)流量與進(jìn)漿孔出而污染環(huán)境;第四部分是測量系統,用來(lái)測量各個(gè)運行參徑的關(guān)系,工質(zhì)流量隨進(jìn)漿孔徑的增大急劇增加。但由于壓數及噴嘴的霧化質(zhì)量,其中霧化顆粒的測量采用激光顆粒測力表和噴嘴之間還有一定長(cháng)度的輸漿管道,也有相當的流量?jì)x。阻,所以,工質(zhì)的流量和漿孔直徑之間不是成嚴格的四次方關(guān)系,會(huì )偏低一些?？斩Y緊延.5:只物9010520135圖2噴嘴冷態(tài)霧化試驗系統簡(jiǎn)圖漿孔直徑圖3工質(zhì)流量與進(jìn)漿孔直徑的關(guān)系4試驗結果及分析另外出口孔總的流通面積增大,會(huì )使大混合室內的壓力降低,進(jìn)而影響到小混合室內的壓力,進(jìn)一步影響工質(zhì)流量4.1工質(zhì)流量的理論分析但由于對小混合室內壓力是一種間接的影響,所以出口對工進(jìn)漿孔前后的壓差包括沿程壓力損失和局部壓力損失,質(zhì)流量影響不是很大,相比于進(jìn)漿孔徑對流量的影響小得由于局部壓力損失相對于前者很小(約是后者的10%),可多。圖4所示,保持單個(gè)出口孔的流通面積不變,改變出口以忽略不計。沿程壓力損失即進(jìn)漿孔前后壓差為孔數來(lái)考察出口孔總面積對工質(zhì)流量的影響,可見(jiàn),當出口A(yíng)p=pgh, =n., pV(1)孔總面積增大時(shí),后部流動(dòng)阻力減小,會(huì )引起混合室內的壓力降低,從而使流量增加。管內工質(zhì)流速一般小于25ms,工質(zhì)動(dòng)力粘度在IPa“左右,此時(shí)在進(jìn)漿孔內流動(dòng)工質(zhì)的雷諾數Re約為250,遠小于臨界雷諾數2000,可把管內流動(dòng)按層流流動(dòng)狀態(tài)處理,故6464μ據35501R。p3500把(2)帶入(1)得345032μⅥ即V1617181920出口孔個(gè)數把(3)帶入流量公式Qn=pndV,得圖4出口孔總面積對工質(zhì)流量的影響e=ptd '& pAdAp4*32l128ulQptd(P,-h42604250其中P和P分別是供漿壓力和小混合室壓力,d為進(jìn)1.01.11.21.3141.516漿孔徑,l為進(jìn)漿孔長(cháng),p和分別為工質(zhì)的密度和粘度。T型氣縫寬度(m)由上式可知,工質(zhì)流量正比于進(jìn)漿孔徑前后壓差和進(jìn)漿孔徑圖5工質(zhì)流量與T型氣縫的關(guān)系的四次方,并反比于進(jìn)漿孔長(cháng)度。由于霧化氣的體積流量相噴嘴的其他結構參數對工質(zhì)的流量影響(下轉第28頁(yè))電站系統工程2004年第20卷除垢的基本機理有以下幾方面元λ計算,兩臺爐油耗為133.68υ天(按100%燃用油漿計(1)NgF-01藥劑被吹入爐膛后,并在高溫下燃燒,燃算),根據熱力計算現排煙溫度與額定排煙溫度的差值,燒后的鎂化合物與低熔點(diǎn)且具有腐蝕性的鈉、釩、鎳、鐵和算岀由于鍋爐的積灰影響傳熱以1.2%計算:鈣等化合物作用形成鎂的復合物,形成的復合物有較高的熔每月多耗油:133.68×30×1.2%=48.12U月點(diǎn),在自然常態(tài)下沒(méi)有腐蝕性;在爐膛內以小顆粒形狀存在每月減效:4812×1300=6255元/月不會(huì )粘結在金屬表面,并易隨煙氣從煙囪帶走。從而除去了每年總減效:62556×12=750672元/年。管外表面上的灰垢。3.2費用統計2)N9F-01藥劑在高溫下燃燒,燃燒后的銅化合物與該添加劑是用壓縮風(fēng)以霧狀噴進(jìn)爐膛,根據每一階段添煙氣中的氧一起和灰垢反應,也可提高灰垢的熔點(diǎn),使灰垢加劑的用量計算成本費用,得到經(jīng)濟效益見(jiàn)下表ε相互之間、灰垢與金屬表面之間結合的鍵能降低,甚至斷裂,N9F01費用凈效益(總減效N9F-01費用)使灰垢變得疏松易被機械消除。第一年292328(3)中和SO3等酸性氣體及其沉積物,形成不具活性第二年584500元166172的化合物第三年294000元456672(4)使SO2轉化成SO3的催化劑V2O5和Fe2O3中毒;注:以上效益分析并未計算提高鍋爐安全性,增加鍋爐出力以及由并可與VO5等釩化合物反應,形成惰性化合物。此帶來(lái)的發(fā)電量增加等邊緣效益,如計算在內,效益更加明顯。從上表可以看出,第一年需投入29,2萬(wàn)元,第二年節(5)硝酸鹽分解產(chǎn)生的亞硝酸鹽還對受熱面起到鈍化約資金為166萬(wàn)元,第三年節約資金456元,可見(jiàn)隨著(zhù)運作用,使受熱面和煙道得到有效的保護。3.1減效計算(按照兩臺爐,一臺35th,一臺45th運行)行年數的增加,效益也增加編輯:康德平均負荷按80th,月運行720h,每噸油漿價(jià)格按1300上接第26頁(yè))都不大。但另外T型噴口寬對流量的4、3運行參數對工質(zhì)流量的影響影響也比較有規律,如圖5所示,隨氣縫寬度的增加,由公式(4)可知,工質(zhì)流量不僅依賴(lài)于供漿壓力,還流量稍有下降,實(shí)際上這還是通過(guò)影響混合室壓力來(lái)要受供氣壓力的影響。工質(zhì)流量隨漿壓的提升而加大,隨氣間接影響工質(zhì)流量。內混室是一個(gè)狹長(cháng)圓桶型空間壓的提升而減小。由于供氣壓力和小混合室壓力之間在一定工質(zhì)由前部漿孔內進(jìn)入,霧化氣分兩部分進(jìn)入,分別范圍內基本上成比例關(guān)系,所以,供漿壓力比供氣壓力對工是前部的Y型氣孔,后部的T型氣縫。由于氣體由前質(zhì)流量的影響更敏銳一些。圖6和圖7分別為單獨改變漿壓向后流動(dòng),所有Y型氣孔氣體的流動(dòng)情況主要決定內和氣壓對工質(zhì)流量的影響,驗證了上面的推理?；焓覂鹊膲毫?達到音速后和供氣壓力成比例關(guān)系),因此,在噴嘴設計過(guò)程中,根據噴嘴負荷的要求,主要后部T型氣縫氣量的多少對此壓力影響較小,當T型從進(jìn)漿孔的結構參數、噴孔的結構參數及運行參數的設計上氣縫氣量增加時(shí),混合室壓力稍有上升,由公式(4)考慮?？芍?流量會(huì )稍微下降,試驗結果正好驗證了這一點(diǎn)。5結論本文在理論指導下,通過(guò)選型試驗對大型撞擊式水煤漿噴嘴的流量特性進(jìn)行了研究,試驗中考察了幾個(gè)主要結構參數和運行參數對噴嘴流量特性的影響,發(fā)現進(jìn)漿孔直徑、出口孔流通面積、運行參數對噴嘴流量特性的影響比較明顯并分別指出各個(gè)因素的影響程度、原因及調節方案,給出了3000大型水煤漿噴嘴設計的依據。供漿壓力(MPa)參考文獻圖6供漿壓力對工質(zhì)流量的影響]曹欣玉,翁衛國.黃鎮宇,等.白楊河電廠(chǎng)230Ⅶh鍋爐燃用水煤漿工業(yè)試驗J中國電力,2001,34(716~18[2]傅勤.水煤漿噴嘴的設計與改進(jìn)[.山東電力技術(shù),19973]黃亞平.王應時(shí),高麗君.水煤漿外混式氣動(dòng)霧化機理研究.工5000程熱物理學(xué)報,1991.12(1):84~90.I4]田茂誠潘繼紅,程林水煤漿霧化特性試驗研究[.水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展,1995,105):546~55]岑可法,姚強,曹欣玉,等煤漿燃燒、流動(dòng)傳熱和氣化的理論4700與應用技術(shù)M杭州:浙江大學(xué)出版社,199500.520.546]黃鎮宇,周志軍,曹欣玉,等.撞擊式多級霧化水煤漿噴嘴的試驗供氣壓力Oa)研究熱力發(fā)電,2001(3)圖7供氣壓力對工質(zhì)流量的影響編輯:聞?wù)?/p>