大型撞击式水煤浆喷嘴流量特性试验研究

第20卷第5期电站系统工程VoL 20 No52004年9月Power System EngineeringSep.2004文章编号:1005-006X(2004)05-002503大型撞击式水煤浆喷嘴流量特性试验研究浙江大学黄镇宇李习臣曹大东刘建忠周俊虎岑可法摘要:对大容量的撞击式水煤浆雾化喷嘴进行了试验研究,分析了喷嘴运行参数和喷嘴内各主要结构参数对喷嘴流量特性的影响。经过对试验数据的分析,分别指岀了各个因素的影响程度、原因及相应调节方案。对以后此类喷嘴的研究有一定的指导意义,关键词:水煤浆;雾化;喷嘴;撞击式喷嘴;流量特性中图分类号:TK16文献标识码: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水煤浆作为一种低污染、高效率、流动性强的新型清洁代油燃料在我国已经有了很广泛的应用,广东茂名热电厂410th锅炉改烧水煤浆也已进入实施阶段。改烧水煤浆锅炉的容量大型化,也要求有大容量高性能的水煤浆雾化喷嘴来保证燃烧。在我国230Ⅶh及230th以下容量的锅炉改烧水Y型雾化汽煤浆技术已经比较成熟,所应用的雾化喷嘴容量一般都不T型雾化汽出口雾矩高于3.5h;随着410th及更大容量的锅炉改造项目的出现,这样容量的喷嘴已不能满足需要,以后会逐渐采用单枪图1撞击式水煤浆喷嘴结构示意图容量为6Ⅶh或更大容量的喷嘴,现在国內还没有这样大容在小混合室出口受到第二级雾化气的垂直冲击,其中的液量的水煤浆喷嘴,需要进行新的开发研究。丝、液膜或大的液滴再次破碎,称ˆT型雾化;然后混合物喷嘴大型化最直接的问题就是怎样增大喷嘴的出力以经过一个缩孔再次得到加速,并在惯性力的作用下高速冲击及怎样才能取得较好的负荷调节特性,解决问题的前提就是到撞击件上而破碎,称撞击雾化:紧接着气浆混合物在出口弄清楚影响啧嘴流量的各个因素及萁影响程度。本文就是围孔内形成第四级雾化,细小液滴仍会受其影响而再次破碎,绕此前提,对撞击式喷嘴的流量特性进行了试验研究。国内成为出口孔雾化。实践证明,经过这四级雾化足以把水煤浆用来雾化水煤浆的喷嘴型式有很多4,但在国内应用最广破碎成平均直径(SMD)为110μm左右的细小颗粒,满的是浙江大学开发的撞击式水煤浆雾化喷嘴,这种型式旳喷足燃烧的需要。关于撞击式喷嘴的优点,文献[5~6中有详嘴已经在电站锅炉、工业锅炉上得到广泛的应用并表现良细的介绍。好。本文试验所用的喷嘴即是这种型式ε2试验内容撞击式水煤浆雾化喷嘴作为一种组合型内混式喷嘴,撞击式喷嘴内部工质和雾1.1工作原理及其特点化气的混合及流动情况极其复杂,流场的任何变化都会影响撞击式水煤浆喷嘴是一种气力雾化喷嘴,由后至前依次最终的雾化质量及流量特性。影响内部流场也即影响最终雾布置“Y”型、“T”型和撞击型雾化,图1为撞击式水煤浆化质量和流量特性的因素有很多,大体分为3类:喷嗜几何喷嘴的结构示意图结构尺寸、工质和雾化气特性和运行参数。为获得更佳的雾如图1所示,喷嘴采用中间进浆方式,水煤浆进入小混化效果,就要通过试验对这些因素逐一进行考察,了解各因合室后,受到第一级雾化气(或汽)的冲击,被撕裂成细丝素的作用。本文主要考察了喷嘴几何结构尺寸和运行参数两或薄的液膜,此次雾化称ˆ"Y型雾化;所形成的气浆混合物类因素对流量特性的影响,在小混合室内向前流动的同时,继续进行动量交换:混合物影响喷嘴流量特性的几何结构主要有进浆孔、Y型气收稿日期:2003-11-25孔、内混室、T型进气孔、撞击件以及雾化头出口孔。运行黄镇宇,男。热能工程研究所,310027参数包括浆压和气压电站系统工程2004年第20卷3试验系统简介比于工质要大得多,所以小混合室内的压力主要受供气压力控制。这样,由前面的公式可以容易地预测出影响工质流量图2为试验系统简图。整个系统由4部分组成:第一部的直接因素有进浆孔参数和运行参数(浆压、气压),这分是工质循环系统,它实现工质的循环利用,并提供喷嘴试点在试验中也得到了验证;另外对混合室压力影响大的因素验时工质所需的压力;第二部分是雾化介质系统,它提供工也会影响工质流量出口孔流通面积等质雾化所需的压缩空气,并根据试验的需要提供合适的雾化42各结构参数对流量的影响空气压力;第三部分是引风系统,它及时吸出雾化空气保持试验发现,在各个结构尺寸中,进浆孔直径对喷嘴的流雾化室内为轻微负压,防止雾化飞沫从雾化室壁的缝隙中溢量影响最大。图3为其他条件不变情况下工质流量与进浆孔出而污染环境;第四部分是测量系统,用来测量各个运行参径的关系,工质流量随进浆孔径的增大急剧增加。但由于压数及喷嘴的雾化质量,其中雾化颗粒的测量采用激光颗粒测力表和喷嘴之间还有一定长度的输浆管道,也有相当的流量仪。阻,所以,工质的流量和浆孔直径之间不是成严格的四次方关系,会偏低一些。空礼紧延.5:只物9010520135图2喷嘴冷态雾化试验系统简图浆孔直径图3工质流量与进浆孔直径的关系4试验结果及分析另外出口孔总的流通面积增大,会使大混合室内的压力降低,进而影响到小混合室内的压力,进一步影响工质流量4.1工质流量的理论分析但由于对小混合室内压力是一种间接的影响,所以出口对工进浆孔前后的压差包括沿程压力损失和局部压力损失,质流量影响不是很大,相比于进浆孔径对流量的影响小得由于局部压力损失相对于前者很小(约是后者的10%),可多。图4所示,保持单个出口孔的流通面积不变,改变出口以忽略不计。沿程压力损失即进浆孔前后压差为孔数来考察出口孔总面积对工质流量的影响,可见,当出口Ap=pgh, =n., pV(1)孔总面积增大时,后部流动阻力减小,会引起混合室内的压力降低,从而使流量增加。管内工质流速一般小于25ms,工质动力粘度在IPa“左右,此时在进浆孔内流动工质的雷诺数Re约为250,远小于临界雷诺数2000,可把管内流动按层流流动状态处理,故6464μ据35501R。p3500把(2)带入(1)得345032μⅥ即V1617181920出口孔个数把(3)带入流量公式Qn=pndV,得图4出口孔总面积对工质流量的影响e=ptd '& pAdAp4*32l128ulQptd(P,-h42604250其中P和P分别是供浆压力和小混合室压力,d为进1.01.11.21.3141.516浆孔径,l为进浆孔长,p和分别为工质的密度和粘度。T型气缝宽度(m)由上式可知,工质流量正比于进浆孔径前后压差和进浆孔径图5工质流量与T型气缝的关系的四次方,并反比于进浆孔长度。由于雾化气的体积流量相喷嘴的其他结构参数对工质的流量影响(下转第28页)电站系统工程2004年第20卷除垢的基本机理有以下几方面元λ计算,两台炉油耗为133.68υ天(按100%燃用油浆计(1)NgF-01药剂被吹入炉膛后,并在高温下燃烧,燃算),根据热力计算现排烟温度与额定排烟温度的差值,烧后的镁化合物与低熔点且具有腐蚀性的钠、钒、镍、铁和算岀由于锅炉的积灰影响传热以1.2%计算:钙等化合物作用形成镁的复合物,形成的复合物有较高的熔每月多耗油:133.68×30×1.2%=48.12U月点,在自然常态下没有腐蚀性;在炉膛内以小颗粒形状存在每月减效:4812×1300=6255元/月不会粘结在金属表面,并易随烟气从烟囱带走。从而除去了每年总减效:62556×12=750672元/年。管外表面上的灰垢。3.2费用统计2)N9F-01药剂在高温下燃烧,燃烧后的铜化合物与该添加剂是用压缩风以雾状喷进炉膛,根据每一阶段添烟气中的氧一起和灰垢反应,也可提高灰垢的熔点,使灰垢加剂的用量计算成本费用,得到经济效益见下表ε相互之间、灰垢与金属表面之间结合的键能降低,甚至断裂,N9F01费用净效益(总减效N9F-01费用)使灰垢变得疏松易被机械消除。第一年292328(3)中和SO3等酸性气体及其沉积物,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转化成SO3的催化剂V2O5和Fe2O3中毒;注:以上效益分析并未计算提高锅炉安全性,增加锅炉出力以及由并可与VO5等钒化合物反应,形成惰性化合物。此带来的发电量增加等边缘效益,如计算在内,效益更加明显。从上表可以看出,第一年需投入29,2万元,第二年节(5)硝酸盐分解产生的亚硝酸盐还对受热面起到钝化约资金为166万元,第三年节约资金456元,可见随着运作用,使受热面和烟道得到有效的保护。3.1减效计算(按照两台炉,一台35th,一台45th运行)行年数的增加,效益也增加编辑:康德平均负荷按80th,月运行720h,每吨油浆价格按1300上接第26页)都不大。但另外T型喷口宽对流量的4、3运行参数对工质流量的影响影响也比较有规律,如图5所示,随气缝宽度的增加,由公式(4)可知,工质流量不仅依赖于供浆压力,还流量稍有下降,实际上这还是通过影响混合室压力来要受供气压力的影响。工质流量随浆压的提升而加大,随气间接影响工质流量。内混室是一个狭长圆桶型空间压的提升而减小。由于供气压力和小混合室压力之间在一定工质由前部浆孔内进入,雾化气分两部分进入,分别范围内基本上成比例关系,所以,供浆压力比供气压力对工是前部的Y型气孔,后部的T型气缝。由于气体由前质流量的影响更敏锐一些。图6和图7分别为单独改变浆压向后流动,所有Y型气孔气体的流动情况主要决定内和气压对工质流量的影响,验证了上面的推理。混室内的压力(达到音速后和供气压力成比例关系),因此,在喷嘴设计过程中,根据喷嘴负荷的要求,主要后部T型气缝气量的多少对此压力影响较小,当T型从进浆孔的结构参数、喷孔的结构参数及运行参数的设计上气缝气量增加时,混合室压力稍有上升,由公式(4)考虑。可知,流量会稍微下降,试验结果正好验证了这一点。5结论本文在理论指导下,通过选型试验对大型撞击式水煤浆喷嘴的流量特性进行了研究,试验中考察了几个主要结构参数和运行参数对喷嘴流量特性的影响,发现进浆孔直径、出口孔流通面积、运行参数对喷嘴流量特性的影响比较明显并分别指出各个因素的影响程度、原因及调节方案,给出了3000大型水煤浆喷嘴设计的依据。供浆压力(MPa)参考文献图6供浆压力对工质流量的影响]曹欣玉,翁卫国.黄镇宇,等.白杨河电厂230Ⅶh锅炉燃用水煤浆工业试验J中国电力,2001,34(716~18[2]傅勤.水煤浆喷嘴的设计与改进[.山东电力技术,19973]黄亚平.王应时,高丽君.水煤浆外混式气动雾化机理研究.工5000程热物理学报,1991.12(1):84~90.I4]田茂诚潘继红,程林水煤浆雾化特性试验研究[.水动力学研究与进展,1995,105):546~55]岑可法,姚强,曹欣玉,等煤浆燃烧、流动传热和气化的理论4700与应用技术M杭州:浙江大学出版社,199500.520.546]黄镇宇,周志军,曹欣玉,等.撞击式多级雾化水煤浆喷嘴的试验供气压力Oa)研究热力发电,2001(3)图7供气压力对工质流量的影响编辑:闻彰