撞擊式多級霧化水煤漿噴嘴的試驗研究

技術(shù)交流撞擊式多級霧化水煤漿噴嘴的試驗研究黃鎮宇周志軍曹欣玉趙翔瀏建忠周俊虎岑可法浙江大學(xué)浙江杭州310027)[摘要]水煤漿霧化技術(shù)是水煤漿燃燒的關(guān)鍵技術(shù)之一。撞擊式多級霧化水煤漿噴嘴霧化質(zhì)量好、壽命長(cháng)、氣耗率低并有良好的防堵性能經(jīng)在山東白楊河電廠(chǎng)3號爐應用燃燒效率達到98.8%以k[關(guān)鍵詞]水煤漿Cws)噴嘴迻多級霧化水煤漿燃燒霧化噴嘴[中圖分類(lèi)號]K263.4[文獻標識碼]A[文章編號]00-33542001)3-0040-03在水煤漿燃燒技術(shù)中霧化噴嘴是最關(guān)鍵技術(shù)之其性能的好壞直接影響水煤漿能否順利著(zhù)火和燃燒效率的高低因此硏發(fā)性能良好的水煤漿噴嘴是硏煤漿究水煤漿燃燒必須解決的問(wèn)題。目前世界上常用的水煤漿噴嘴有Y型1,其次是旋流內混型21其結構見(jiàn)圖1和圖2。另外還有 Parker- Hannifin強旋流水煤漿噴嘴3和具有內表面撞擊的T型內混噴嘴4等。圖2旋流型噴囑結構示1.1水煤漿的燃燒特性水煤漿著(zhù)火困難是水煤漿燃燒的一個(gè)難點(diǎn)因為水煤漿由煤粉、水加少量添加劑混和而成在著(zhù)火過(guò)程中需先將水分蒸發(fā)因此要吸收大量著(zhù)火熱。國產(chǎn)水煤漿含水量約35%其所需著(zhù)火熱是煤粉著(zhù)火熱的1.77倍。水煤漿著(zhù)火熱與煤粉著(zhù)火熱的比值見(jiàn)表1。表1水煤漿著(zhù)火熱計算圖1Y型噴嘴結構示意水分/%水分蒸發(fā)熱占總著(zhù)火熱比例水煤漿與煤粉著(zhù)火熱之比好的水煤漿霧化噴嘴必須滿(mǎn)足如下條件(1霧化良好(2肪堵性能好(3)用壽命長(cháng)(4)氣汽耗率0低。為此開(kāi)發(fā)了撞擊式多級霧D型冰煤漿噴嘴。1撞擊式多級霧化水煤漿噴嘴的研制研究發(fā)現水分蒸發(fā)占水煤漿燃盡時(shí)間的8%并隨水煤漿濃度的變化而略有變化。技術(shù)交流1.2撞擊式多級霧化水煤漿噴嘴2噴嘴霧化冷態(tài)實(shí)驗系統和冷態(tài)試驗撞擊式多級霧化水煤漿噴嘴主要由內混件、T形噴口、撞擊件和霧化頭組成設計時(shí)充分考慮了噴嘴防水煤漿霧化試驗系統流程見(jiàn)圖4。堵、良好霧化、使用壽命長(cháng)及較低汽耗率的要求。根據不同的要求可以設計成不同的容量其結構見(jiàn)圖3。流量計霧化室沖洗水空氣壓縮機水煤漿七水煤漿泵1-1級混合室2-2級混合室3-霧化頭4-撞擊頭5-1級霧化氣6-2級霧化氣7-3級霧化氣圖4霧化試驗臺系統圖3撞擊式多級霧化水煤漿噴嘴2.1霧化細度分布1.3撞擊式多級霧化水煤漿噴嘴的特點(diǎn)圖5是設計容量為3500kg/h的撞擊式多級霧化1.3.1強化霧化措施水煤漿噴嘴在霧化介質(zhì)壓力0.5MPa霧化工質(zhì)壓力1≥多級霧化。當前級霧化的動(dòng)量耗盡時(shí)噴入后0.6MPa時(shí)霧化細度的概率分布曲線(xiàn)。試驗結果顯級霧化氣進(jìn)一步霧化這樣能充分利用霧化氣的動(dòng)量,示通過(guò)噴嘴被霧化的工質(zhì)顆粒大小基本上呈正態(tài)分同時(shí)延長(cháng)了霧化時(shí)間有效地提高了霧化質(zhì)量。布霧化細度SMD嚴均粒徑為106m左右(2)加1級T形霧化。T型霧化蒸汽與煤漿垂直圖5是在某一特定條件下的試驗結果。實(shí)際噴嘴相交動(dòng)量交換較徹底同樣量的霧化氣汽〕煤漿的霧化細度隨負荷大小、氣耗率高低、漿壓、氣壓等條件沖擊加強減小了氣汽耗率。的變化而變化。(3加1個(gè)撞擊件。根據單孔的設計特點(diǎn)在混合室岀口的正前方加一撞擊件使漿氣流經(jīng)正面撞擊后從四面反濺再從霧化頭的出口孔噴出即在不增加霧3050化氣汽的條件下利用漿氣流的動(dòng)能增加1級霧化,提高了煤漿的霧化質(zhì)量。1.3.2防堵措施由于煤漿在生產(chǎn)、運輸、廠(chǎng)內輸送、爐前處理等過(guò)程中不可避免地會(huì )有一些大粒子、雜質(zhì)等混入而造成粒徑/n噴嘴堵塞為此采取如下2個(gè)措施(1珈加大漿的通道直徑(2將煤漿噴管設計成一段直段以避免一些粗圖5噴嘴霧化粒徑分布大粒子和雜質(zhì)在拐彎處積留并堵塞圖6是噴嘴霧化細度隨負荷的變化規律。從圖中1.3.3增加噴嘴壽命的措施(1海每級霧化氣汽對稱(chēng)分布這樣各股霧化氣可以看出墻嘴負荷低于2800kg/h時(shí)霧化細度基本〔汽沖擊煤漿與煤漿進(jìn)行動(dòng)量交換時(shí),由于各股氣不變,SMD約在90~100{m。當負荷超過(guò)280kg/h汽旒的徑向動(dòng)量大小相等方向相反互相抵消所以時(shí)隨負荷加大,MD增加。當負荷在3500~4200大大減小了高速氣汽旒流沖刷混合室壁面的現象壁kg/h時(shí),SWD約在105~115{m之間。當負荷大于4200kg/h時(shí)其霧化粒徑急劇增大。面也就不容易磨損。(2在比較容易磨損的部位鑲嵌上耐曆材料。技術(shù)交流40001500200025003000350040004500漿量th10.480.500.520.540.560.580.60漿壓MPa圖6z細圖7是氣耗率對霧化細度的影響?？梢钥闯鰢K最小1600kg/h均可保持良好的霧化效果。使用該嘴的霧化細度總體上隨氣耗率的增加而降低當氣耗嘖噴嘴對鍋爐進(jìn)行了22個(gè)工況的調整試驗。熱平衡試率從14%上升到22%時(shí)霧化細度降低較明顯。當大驗結果顯示燃燒效率在889%-99,32%鍋爐效率于22%后再增加氣耗率對霧化細度影響不大sSMD達89.0%~89.9%。由于霧化質(zhì)量良好保證了鍋值在90-100m之此時(shí)負荷較低在3100kgh以爐的低負荷特性在40%負荷下能穩定燃燒4h以上。水煤漿燃燒后95%以上的灰分都隨著(zhù)煙氣從爐膛出口排出并通過(guò)電除塵分離下來(lái)只有不到5%的灰分落入冷灰斗。另外從爐膛觀(guān)火孔看水煤漿著(zhù)火距離很近,基本上一出噴口就著(zhù),爐內也沒(méi)有大的火星燃燒火焰均勻、穩定。噴嘴采用過(guò)熱蒸汽作霧化介質(zhì)噴嘴前霧化介質(zhì)壓力為0.9~1.3MPa實(shí)測汽耗率為22%。3500kg/h撞擊式多級霧化水煤漿噴嘴的使用壽12141618命為1000h以上達到工業(yè)化應用的要求。氣耗率/%圖7氣耗率4結論2.2流量特性撞擊式多級霧化水煤漿噴嘴充分考慮了水煤漿霧圖8是嘖嘴的流量特性。試驗在氣壓保持0.5化的特殊性沒(méi)計合理靂化性能好。冷態(tài)試驗和工程MPa條件下進(jìn)行。該噴嘴的流量特性比較理想調節應用證明該噴嘴能使水煤漿燃燒穩定、燃燒效率高。較方便。在保持氣壓穩定的情況下將漿壓從0.5噴嘴使用壽命長(cháng)、調節方便、負荷調節范圍大MPa調到0.6MPa漿量從2000kg/h升到4000kg/h該噴嘴的另一個(gè)特點(diǎn)是在一定的負荷范圍內漿壓對霧[參考文獻]化細度影響不大因此使用時(shí)只需按負荷的要求調節,[1J.w. Allen et al. Atomization of Coal Water Mixtures[ C1不需要考慮漿壓的高低。Internation Symposium of CWFn and Utilizati3工程應用情況[2]謝名湖、呂德壽. Comparison of the performance of a cross-seetion of commercial CWF Burners[ C ]. 7th Internation Sympo撞擊式多級霧化水煤漿噴嘴應用于山東白楊河電sium of CWF Preparation and Utilization, 1985廠(chǎng)220th鍋爐到1990年12月底燃用水煤漿累計達[3] Hiron shinoda[Pl美國專(zhuān)利6998979000多小時(shí)共20多萬(wàn)噸其中1999年基本連續運行[4]牧野啟二水煤漿燃料的燃燒技朮J]配管技術(shù),986噴嘴的設計容量為3500kg/h最大容量4500kg/h