談談旋窯煤粉燃燒器的技術進展(2)

氣力輸送廣泛應用于水泥

3 窯頭火焰的空氣動力學計算
3.1一次射流動量通量
   根據(jù)經(jīng)驗,多通道燃燒器的同軸射流在其不遠的下游,表現(xiàn)出和單股射流相同的空氣動力學特征,為了分析方便作以下假定,射流混合區(qū)內(nèi)作一垂直于射流軸線截面的引射量作為其下游射流的一部分,則旋轉(zhuǎn)射流對二次風的引射速率為:
公式(1)
M—引射量的質(zhì)量流量, kg/s; 
X—距噴口的軸向距離,m;
Kt—溫度系數(shù),
公式(2)
—被引射空氣的密度, Kg/m3;
—射流混合物的視密度, Kg/m3;
G—射流出口軸向總動量通量, N; 對于多通道煤粉燃燒器,總動量通量等于各通道軸向動量通量之和:
G= G1+G2+…… (3) 
G1、G2…—燃燒器各個通道出口軸向動量通量,N
S—任意垂直燃燒器軸線截面旋流數(shù);
公式(4)
Gφ—旋流風的角動量通量,Nm;
GX—射流出口軸向動量總通量,N;
R—射流出口當量半徑,m
R=tgα(x+a) (5)
a—將同軸射流看作單股射流而引入的常數(shù)
α—射流擴展半角,隨旋流數(shù)呈線性增加;
α=Ko+KSo (6)
So—按三通道燃燒器出口尺寸和風速計算的旋流數(shù)。
  有資料介紹K0、K分別為4.8和14,不過對于多通道燃燒器的具體噴嘴型式應由冷態(tài)實驗等方法確定。
根據(jù)動量守恒原理,在射流擴展過程中,角動量和軸向動量均保持為常數(shù),解聯(lián)立方程(1)、(4)和(5)可得到下列等式:
公式
將Gφ/Gx=SoRo代入該式得:
公式(7)
  不難看出,式(7)中第一項為射流軸向運動的引射量,第二項為射流旋轉(zhuǎn)運動而產(chǎn)生的附加引射量。
  為達到煤粉在接近等當量比下燃燒,式(7)中M應根據(jù)燃燒計算所需的實際空氣需要量給出。為分析方便,令:
M=K3Gm-Mo
=K3qc.Gc/Q -Mo (8)
Mo—一次空氣、煤粉輸送空氣總量, kg/s;
Gm—煤粉消耗量, kg/s;
K3—單位煤粉燃燒實際空氣需要量, kg/kg;
qc—熟料單位熱耗, x4.18kJ/kg;
Gc—熟料產(chǎn)量, Kg/s;
Q —煤粉應用基低位熱值, x4.18kJ/kg ;
  式(7)中,X的最大值等于射流混合區(qū)長度,只有當射流出口動量小到一定值時,外回流區(qū)完全消失,才會出現(xiàn)這一情況,此時X為:
X=Xmax=公式 (9)
D—窯燒成帶有效內(nèi)徑 , m
將(8)、(9)式代入(7)整理后得:
公式(10)
  根據(jù)實驗資料,等溫旋轉(zhuǎn)射流的引射量可用下列經(jīng)驗式表示:
公式(11)
  根據(jù)不同資料,K 、K 取值范圍為:
K =0.32~0.35
K =0.8~1.70
比較(11)和(1)不難看出:
K1=(0.32~0.35) 
K2=(0.8~1.70) 
  K3可以通過燃燒計算得出。因此,若通過對現(xiàn)行噴咀結構利用冷態(tài)實驗等方法確定a值和α值,則便可以利用式(10)計算出燃燒器射流必須達到的最小軸向總動量通量。
  根據(jù)計算機數(shù)值模擬結果,a的范圍基本上在1.5do~3do之間,do為燃燒器出口外徑。α基本上符合式(6),只不過Ko不是4.8而是11.5,K仍為14。
3.2旋流數(shù)
  根據(jù)有關介紹,在不知道旋轉(zhuǎn)射流橫截面上的速度分布和靜壓分布時,可近似從燃燒器出口端結構參數(shù)和工藝參數(shù)計算旋流數(shù),其近似程度良好, 即
公式Gx= 
  由于前述理由,可將多股同軸射流近似看作單股旋轉(zhuǎn)射流。這樣,可分別計算各通道射流對總的一次射流股貢獻,從而確定出一次射流的旋流數(shù)。下式是根據(jù)上述觀點經(jīng)推導整理后得到的三通道噴煤管嘴旋流數(shù)的計算公式。
S= 公式(12)
P—占一次總風量(包括煤風)百分數(shù), %;
φ—旋流葉片的軸向夾角;
—煤粉濃相輸送視密度, kg/m3;
—一次風凈風密度, kg/m3;
r’—環(huán)形出口外徑,mm;
r—環(huán)形出口內(nèi)徑,mm
同理二通道燃燒器的旋流數(shù)可表達為:
S= 公式(13)
  將我院冷模試驗用CTI型燃燒器噴咀結構參數(shù)代入(12)式,并令
P煤=33%, = ,得到下列等式:
S= 
令φ=45°, P內(nèi)=0.67 , 得S=0.487;
令φ=45°, P內(nèi)=0.335 , 得S=0.171;
令φ=30°, P內(nèi)=0.335, 得S=0.0986;
令φ=30°, P內(nèi)=0.67 , 得S=0.281;
  通過上述計算可以發(fā)現(xiàn),調(diào)節(jié)內(nèi)、外風的比例來改變旋流數(shù),從而達到改變火焰形狀的目的是極為有效的。這與冷態(tài)試驗結構是一致的。

  附注:由于文中的公式較復雜,無法在此頁面上顯示。如需要原文,請與我們聯(lián)系。
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