旋流燃烧器混合特性实验方案设计

旋流燃烧器混合特性实验方案设计 如图所示的旋流燃烧器，由同轴的两根同心管道组成，中心管通燃料气，外层管道通助燃空气（带有旋流），当空气和燃料气喷入炉膛之后发生混合，并通过旋转射流的回流区卷吸炉膛内的高温烟气，因此射流中的气体由三种成分混合而成：燃料气、空气、炉膛内烟气。

为掌握燃烧器的燃烧特性，需要了解炉膛空间中各处的气体成分比例（假定暂不考虑化学反应引起的成分变化）。

一． 实验原理：由于不考虑化学反应，可考虑采用用温度场来模拟浓度场、（1） 与 均小于1，说明：动量交换过程不如热量和质量交换更强烈，∴温度和浓度混合边界层比速度边界层发展得快。

Pr 0.75,0.7~0.75t t Sc a D νν=≈=≈1~0.9t a Le D∴=≈Pr t a ν=t Sc D ν=（2）由于Le t =a /D ≈1，说明：温度和浓度边界层的发展十分相近，可以用传热过程的基本规律近似描写质量交换。

在上图中，用不同温度T 1=T 2实验，实测混合点xy 处的温度T xy （介于T 1和T 2之间，T 1>T xy > T 2）分布与浓度C xy 相似研究两股射流的混合实验，通过实验混合边界层中任一点浓度C 。

其中：C 1和C 2是被比拟的实际两股气流的浓度T 1和T 2是被比拟的实际两股气流的温度m 1和m 2是被比拟的实际两股气流的在空间中混合后的质量分数试验中采用热电偶，测量温度，取参考点为冰水混合物。

多只热电偶共用一台显示仪表的方式。

如图所示：221212xy xy T T C C T T C C --=--,1,2121,11121212122,2211122211p p p c c c p p p x x y xy y xy m m m c T m c T c T m C m C m m m m m m T C T C C C T ==⎧⎧+=+=⎪⎪+=−−−−−→+=⎨⎨⎪⎪+=+=⎩⎩二．实验系统的示意图：1➢x 2y三．实验步骤1．建立如图所示的系统；2．分别测定1.2处温度，并记录；3．沿x方向从出口处向外等距取8个点，沿y方向与同心管道中心线对称取5个点，记各点为x i y j分别测量温度，并记录4． 按 计算各点浓度； ,1,2121,11121212122,2211122211p p p c c c p p p x x y xy y xy m m m c T m c T c T m C m C m m m m m m T C T C C C T ==⎧⎧+=+=⎪⎪+=−−−−−→+=⎨⎨⎪⎪+=+=⎩⎩。

方案签批页1 试验目的华电新乡发电有限公司＃1炉于2010年9～10月进行检修，为了掌握燃烧器二次风气流分布情况，了解炉内的空气动力工况，为该炉热态运行中组织良好的燃烧奠定基础，受华电新乡发电有限公司委托，河南电力试验研究院将对该炉进行旋流燃烧器冷态空气动力工况试验。

2 试验依据2.1 GB10184-88《电站锅炉性能试验规程》；2.2有关机组制造厂、设计院的技术资料。

3 试验内容3.1燃烧器二次风门操作状态试验；3.2燃烧器原旋流强度下炉内气流观测试验；3.3外二次风调平试验；3.4内二次风调平试验；3.5燃尽风调平试验；3.6冷态模化风速下燃烧器空气动力工况观测。

4测量方法4.1 燃烧器二次风门操作状态试验DCS操作主燃烧器外二次风门煤位、油位，检查外二次风门的实际动作情况，并且检查外二次风煤位、油位就地刻度与实际开度的一致性。

检查燃尽风、主燃烧器内二次风挡板、燃尽风挡板及调风器的开度就地与实际开度的一致性。

4.2燃烧器原旋流强度下炉内气流观测试验启动引风机、送风机、一次风机，控制合适的炉膛负压。

通过调整容量风门及二次风箱两侧二次风门的开度，将燃烧器一次、二次风速调整到冷态模化值（一次风速28m/s,二次风箱风量224t/h），记录各风机电流、风门开度、炉膛负压、风箱风压。

在此基础上在最下层燃烧器（E、F）中心平面，实际测量燃烧器一次风及内、外二次风风速，沿炉内测量坐标线测量炉膛贴壁风速的大小，并用飘带法观察燃烧器喷口空气动力工况。

4.3 外二次风调平试验保持一次风速、二次风箱风压不变，控制合适的炉膛负压。

在各层＃1、＃4燃烧器煤位开度为60％的开度下，测量燃烧器的风速，通过调整＃2、＃3燃烧器的外二次风的旋流强度，使同层四个燃烧器的外二次风速一致。

4.4 内二次风调平试验保持一次风速、二次风箱风压不变，控制合适的炉膛负压。

在＃1、＃4燃烧器内二次风全开的工况下，测量同层燃烧器内二次风速，通过调整内二次风的挡板的开度使燃烧器的内二次风速一致。

旋流燃烧器工作原理
旋流燃烧器是一种喷嘴结构特殊的燃烧器，其工作原理基于旋流现象和快速混合燃料与氧气。

旋流燃烧器内部包含一个中心喷嘴，燃料和氧气从该喷嘴内部喷射出来。

除喷嘴之外，还有一个圆形腔室与喷嘴相连接。

当燃料和氧气从喷嘴射出时，它们以高速进入腔室。

在腔室中，喷射的气流将会形成一个旋转的涡流。

由于喷射速度较高，涡流具有较大的动能，使燃料和氧气迅速混合，并形成一个稳定的燃烧区域。

在涡流中，由于旋流的强烈对流效果，燃料和氧气的混合程度大大提高，从而实现高效燃烧。

此外，涡流的形成还能增加燃烧区域的表面积，进一步提高燃烧效率。

另外，旋流燃烧器还具有良好的涡流稳定性。

当燃烧区域的湍流流向发生变化时，涡流可以自我调节并保持相对稳定的旋转状态，保证燃料和氧气的充分混合和燃烧。

总之，旋流燃烧器通过利用涡流的旋转和对流效应，实现燃料和氧气的高效混合和稳定燃烧，从而提高燃烧效率和能源利用率。

电厂燃烧器的调节及运行方式宋日旺【摘要】介绍了燃烧器的特点与特性,分析了燃烧器的调节方式,包括:直流燃烧器布置、燃烧器出口风的调整以及燃烧器摆角及四角配风均匀性调整,从而提出燃烧器优化调节后的运行方式,以期提高锅炉的燃烧效率.【期刊名称】《机械管理开发》【年(卷),期】2018(033)011【总页数】3页(P199-200,203)【关键词】燃烧器;配风与调整;运行方式【作者】宋日旺【作者单位】山西兴能发电有限责任公司,山西太原030200【正文语种】中文【中图分类】TK223.23引言电厂生产运行中锅炉的燃烧特性各不相同，因此调节方法也不尽相同，即使同一台锅炉不同工况的调节手段也是多样的。

但是燃烧调整必须遵循一些基本的原则和理论，只有这样才能保证燃烧的合理性和稳定性，其中燃烧器的特点和调整尤其重要。

1 燃烧器的燃烧特点目前常用的锅炉燃烧器主要有直流燃烧器、旋流燃烧器、低负荷稳燃新型燃烧器三种，每种燃烧器的燃烧方式和特点各不一样，配风方式也不同。

1.1 直流燃烧器的燃烧特点直流燃烧器一般由圆形喷嘴组成，一次风粉和助燃空气通过不同的喷嘴进入炉膛。

煤粉直流燃烧器一般布置在炉膛四角，喷入的风粉在炉内形成一个假想的切圆。

燃烧器出口风粉的动量越大，穿透能力越强，风粉可以尽量射入炉内，否则会上摆，形成较好的切圆，使煤粉尽可能燃尽。

一次风携带煤粉进入炉膛，着火燃烧后动量很快减弱，因此炉内空气动力场主要受助燃风影响。

射入炉膛内风粉气流抵抗偏转的能力为气流刚性。

四角切圆的锅炉允许气流有一定的偏转，便于邻角点燃和煤粉燃尽。

但不允许太大，否则会冲刷水冷壁，引起大面积积灰结焦和高温腐蚀。

直流燃烧器采用四角切圆的燃烧方式，因此四角风粉气流的互相配合对燃烧有重要的影响，主要体现在切圆的形成。

切圆直径较大有利于火球扫到各角喷口，使煤粉燃尽。

同时切圆过大也会在炉膛形成大的回流，影响烟气的有效流通面积，炉膛和燃烧器容易结焦。

因此在实际运行中要通过调整风粉比例和风速来控制切圆。

旋流燃烧器的工作原理
旋流燃烧器是一种常用于工业燃烧应用的设备，其工作原理由以下几个步骤组成：
1. 燃料和氧气的混合：燃料通常通过喷嘴或喷管以一定速率喷入旋流燃烧器的中央区域，氧气则从周围环境进入。

在旋流燃烧器内部，燃料和氧气会被剪切和混合，并形成一个紊流的气体环境。

2. 旋流效应：在旋流燃烧器内部，通过设计特殊的结构，使燃料和氧气形成旋转的气体流动。

这种旋流的效应有助于增加燃料和氧气的混合程度，并提供更好的燃烧条件。

3. 燃烧反应：当燃料和氧气混合在一起，并达到一定的温度和压力时，燃烧反应会发生。

燃料分子和氧气分子相互碰撞和反应，产生燃烧产物，如二氧化碳、水蒸气和废气。

4. 燃烧稳定性：旋流燃烧器的设计通过优化旋流效应，有助于产生稳定的燃烧。

这种稳定性可以确保燃烧反应持续进行，同时最大限度地减少不完全燃烧和产生有害物质的风险。

总之，旋流燃烧器通过将燃料和氧气混合并形成旋转的气体流动，在一定的温度和压力下促使燃烧反应发生，从而实现有效、稳定的燃烧过程。

实验四 旋流燃烧器空气动力场测试一、实验目的通过对旋流燃烧器旋转射流的轴向、径向、切向速度分布测定，可计算其实际旋流强度，确定其速度分布规律，了解扩散角、回流区、射程等情况，判断其燃烧配风的合理性。

通过空间气流的测量实验获得旋转射流流动结构的感性认识。

二、实验原理1、实际旋流强度测定旋流燃烧器喷口断面处的速度场可求得实际旋流强度。

燃烧器出口断面分成若干个等面积圆环（图4-20），环的面积为A 的各个环的平均半径为R i ，环内气流的平均轴向流速为w zi ，切向流速为w yi 。

这样，就可根据旋流强度的定义计算实际旋流强度n s（4-47） 式中 D ——喷口直径，m 。

式（4-47）中面积单位为m 2，长度单位为m ，速度单位为m/s 。

实际旋流强度与理论计算值不同，这是喷口存在流动损失和中心回流使出口截面收缩所致，他们的关系为n s =ψn （4-48）式中 ψ——实际旋流强度系数；n ——理论计算旋流强度。

2、旋转射流速度场旋转射流速度场的一般规律如图4-21所示。

一般，将各断面轴向速度最在值的10%处的连线定义为射流的外边界。

射流外边界线的交角α称为射流的扩散角。

射流轴向速度正负方向变化点的连接线称为中心回流边界线。

喷口与射流终端的轴向距离称为射流的长度。

射流速度为喷口初速的5%时定义为射流终端。

上述旋转射流图形特性示于图4-22。

3、试验条件28zii i yi zi s w A D R w Aw n ∑∑=π燃烧器总流量计算得的雷诺数Re r应处于第二自模化区，即Re r＞（Re lj·2）r （4-49）式中（Re lj·2）r ——燃烧器第二临界雷诺数，参见表4-6。

三、实验设备与仪器（1）实验设备。

试验台同本节实验三。

（2）五孔探针。

见本节实验二。

（3）微压计。

（4）标准毕托管。

（5）活动支架。

活动支架用于支撑五孔探针（或皮托管），并使探头可按规定的测点位置要求作轴向、径向位移，不得妨碍测量杆的自身转动。

燃烧器的作用燃烧器是煤粉炉燃烧设备的主要组成部份,它的作用是把煤粉和燃烧所需的空气送入炉膛,合理地组织煤粉气流，并良好地混合,促使燃料迅速而稳定地着火和燃烧。

一个良好的燃烧器应具备的确良基本条件是：（1）一二次风出口截面应保证适当的一二次风风速比；（2）出口气流有足够的扰动性，使气流能很好地混合；（3）煤粉气流的扩散角，能在一定范围内任意调节，以适应煤种变化的需要；(4）沿出口截面煤粉的分布应均匀；（5)结构应简单、紧凑,通风阻力应小。

旋流式燃烧器１、旋流式燃烧器的工作原理旋流式燃烧器由圆形喷口组成，燃烧器中装有各种型式的旋流发生器（简称旋流器）.煤粉气流或者热空气通过旋流器时，发生旋转，从喷口射出后即形成旋转射流。

利用旋转射流，能形成有利于着火的高温烟气回流区，并使气流强烈混合。

射出喷口后在气流中心形成回流区，这个回流区叫内回流区。

内回流区卷吸炉内的高温烟气来加热煤粉气流，当煤粉气流拥有了一定热量并达到着火温度后就开始着火，火焰从内回流区的内边缘向外传播。

与此同时，在旋转气流的外围也形成回流区，这个回流区叫外回流区。

外图4-19 旋转气流回流区也卷吸高温烟气来加热空气和煤粉气流。

由于二次风也形成旋转气流，二次风与一次风的混合比较强烈,使燃烧过程连续进行，不断发展,直至燃尽。

２、旋流式燃烧器的类型按照旋流器的结构，旋流式燃烧器可分为蜗壳式、轴向叶片式、切向叶片式三大类，常用的有以下几种:单蜗壳式蜗壳式 双蜗壳式三蜗壳式旋流式燃烧器轴向叶轮式 单调风切向叶片式 双调风３、双调风旋流式燃烧器双调风旋流式燃烧器是在单调风燃烧器的基础上发展出来的.双调风式燃烧器是把燃烧器的二次风通道分为两部份,一部份二次风进入燃烧器的内环形通道,另一部份二次风进入燃烧器的外环形通道。

图4-20 双调风旋流燃烧器在内环形通道中装有旋流叶片，旋流叶片是可动的，通过传动装置可使叶片同步转动，调节叶片的旋转角度,能改变二次风的旋流强度，使燃烧保持稳定。

射流喷嘴旋流强度对燃烧室回流和燃烧特性的影响研究刘耘州;熊燕;张环;刘艳;张哲巅;肖云汉【摘要】随着燃气轮机参数的提高和稳定低排放运行工况的拓宽,对燃烧的要求也越来越高.柔和燃烧作为一种有潜力的燃烧技术,具有温度均匀、燃烧稳定和污染物排放低等优点,而如何在燃烧室内组织流动是实现柔和燃烧的关键.采用高速射流引射掺混的方式可以较好的满足柔和燃烧产生所需的条件.预混射流喷嘴结构和布置对流场和燃烧特性有重要影响,如何选择射流喷嘴结构值得进一步研究.本文通过实验和数值模拟相结合的方式,研究了柔和燃烧器中预混射流喷嘴的旋流强度对燃烧器流动结构和燃烧排放的影响.结果表明,旋流能增强燃料/空气的掺混,低旋流作用下能使喷嘴出口掺混不均匀度ISMD下降0.15左右;但是喷嘴旋流对燃烧室的烟气回流有减弱的作用,使回流区向喷嘴和中轴线靠近;同时,旋流会造成温度场和火焰面不均匀分布,略微拓宽燃烧工况范围并略微增加火焰的稳定性.实验结果表明喷嘴旋流进气角从0°变化到45°时,NOx排放随旋流角的增大而增加.【期刊名称】《燃气轮机技术》【年(卷),期】2018(031)003【总页数】9页(P13-21)【关键词】射流喷嘴;柔和燃烧;数值模拟;流动结构;NOx排放【作者】刘耘州;熊燕;张环;刘艳;张哲巅;肖云汉【作者单位】中国科学院先进能源动力重点实验室(工程热物理研究所),北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院先进能源动力重点实验室(工程热物理研究所),北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院能源动力研究中心,江苏连云港222069;中国科学院先进能源动力重点实验室(工程热物理研究所),北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院先进能源动力重点实验室(工程热物理研究所),北京100190;中国科学院能源动力研究中心,江苏连云港222069;中国科学院先进能源动力重点实验室(工程热物理研究所),北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院能源动力研究中心,江苏连云港222069;中国科学院先进能源动力重点实验室(工程热物理研究所),北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院能源动力研究中心,江苏连云港222069【正文语种】中文【中图分类】TK472燃气轮机作为现如今效率最高的热-功转换发电设备，它的制造和研发水平代表了一个国家的重工业水平[1]，被誉为“工业皇冠上的明珠”。

旋流燃烧器混合特性实验方案设计如图所示的旋流燃烧器，由同轴的两根同心管道组成，中心管通燃料气，外层管道通助燃空气（带有旋流），当空气和燃料气喷入炉膛之后发生混合，并通过旋转射流的回流区卷吸炉膛内的高温烟气，因此射流中的气体由三种成分混合而成：燃料气、空气、炉膛内烟气。

为掌握燃烧器的燃烧特性，需要了解炉膛空间中各处的气体成分比例（假定暂不考虑化学反应引起的成分变化）。

要求：根据本章的知识，设计一个实验来完成以上研究工作，包括：1）阐述实验的原理、测量手段、数据处理方法，2）给出实验系统的示意图，3）描述实验的操作过程。

旋流燃烧器混合特性实验一: 实验原理温度场模拟浓度场 ，在湍流扩散的流场中，温度场和浓度场可以用相同的方程来描述，所以，可以用温度场模拟浓度场。

用不同温度T 1=T 2实验，实测混合点xy 处的温度T xy （介于T 1和T 2之间，T 1>T xy > T 2）分布与浓度C xy 相似① 如研究两股射流的混合实验，通过实验混合边界层中任一点浓度C 。

② C 1和C 2是被比拟的实际两股气流的浓度③ T 1和T 2是被比拟的实际两股气流的温度221212xy xy T T C C T T C C --=--④ m 1和m 2是被比拟的实际两股气流的在空间中混合后的质量分数则由炉膛内的各气体的质量分数,浓度及温度关系为将实验测得的温度值代入上式即可得浓度比.二:测量手段将热电偶分布在炉膛内,即可测得炉膛内各点的温度 三：试验步骤① 将热电偶与测试系统连接；② 打开实验装置一段时间后，装置系统进入稳定状态； ③ 读取炉膛中各点温度，并记录于表格中；④ 整理实验数据四：数据处理方法设空气，燃料，烟气的质量分数分别为m 1， m 2， m 3； 被比拟的空气，燃料与烟气的浓度为C 1，C 2， C 3 被比拟的空气，燃料与烟气的温度为T 1，T 2， T 3 假设p p p p C C C C ===3,2,1,则1m m 321=++mxy T T m T m T m =++332211xy C C m C m C m =++332211由上式及测得的温度即可得出浓度比。

生物质混燃的新型旋流燃烧器特性分析
李志坚;刘晓晴;王泽璞;周磊
【期刊名称】《重庆理工大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2012(026)009
【摘要】设计了一种适用于生物质和煤粉混燃的旋流燃烧器,并用CFD软件对其混燃的燃烧特性进行数值模拟,明晰其燃烧过程及相应的燃烧参数,得到最佳混燃比和最佳燃烧状态。

分析结果表明：生物质和煤粉混燃与燃煤锅炉相比,其经济性、环保性、效率性等都有明显提高,
【总页数】5页(P51-55)
【作者】李志坚;刘晓晴;王泽璞;周磊
【作者单位】北京京能清洁能源电力股份有限公司,北京102206 华北电力大学,北京102206;华北电力大学,北京102206;华北电力大学,北京102206;华北电力大学,北京102206
【正文语种】中文
【中图分类】TK223
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3.生物质混燃的旋流燃烧器优化研究 [J], 李志坚;刘晓晴;王泽璞;周磊
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