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双通道生物质燃烧机冷态流动特性实验和计算机数值模拟
摘要：用三维流动数值计算模型，对一台130吨／小时锅炉采用双通道生物质燃烧机的单只燃烧器喷口流场计算和冷态实验结果比较证明了该燃烧器能够形成回流区，且调节腰部风可以改变回流区的长度。该燃烧器具有高效、低负荷稳燃、火焰可调、低NOx排放性能。
1 双通道生物质燃烧机概念设计
  双通道生物质燃烧机是把一次风喷口开上下二个一次风，形成二个通道，在二个通道之间设计一个回流空间，通过一次风射流自身产生一个强烈的回流区，利用高温烟气回流加热一次风煤粉使煤粉气流燃烧稳定，同时在上下双通道中间设计一个狭长的腰部风，调节腰部风的大小来改变回流区的长度，使火焰在燃烧器内可调，亦可防止喷口结渣。在一次风管上加装一个百叶窗浓缩器，上下通道变成浓相和淡相，二相各自远离自身化学当量比，造成局部氧化一还化气氛降低NOx排放。图1是双通道生物质燃烧机示意图。
  通过双通道一次风的交叉肘流，形成一个稳定的回流区，高温烟气在回流区的卷吸下，逆向回流到燃烧器喷口内点燃煤粉气流使煤粉在腔内着火，形成稳定的火炬，并连续点燃后续的煤粉。这与普通的煤粉燃烧器有很大的不同，普通煤粉燃烧器一次风煤粉气流是受炉膛火焰的热辐射和受热面的冷辐射，即在煤粉尚未点燃时就受着双重作用。而双通道生物质燃烧机是在腔内靠热回流着火，它除了接受烟气回流热量以外，火焰中心热辐射作用也很大，而且由于煤粉气流在腔内点燃，炉膛的冷辐射作用较小。二个通道通过浓缩器形成浓、淡二相。浓相的高浓度煤粉气流降低了点火能，用较少的能量就可以点燃浓煤粉点火能随着煤粉浓度的增加而降低。同时在浓相中着火后火焰在还原性气氛（缺氧）条件下，形成大量的CN ，NH3C。H2n等还原性物质，将燃烧中产生的NO、N02还原成N2。这就使燃烧器具有很高的着火稳定性和低NOx特性。
2计算模型和方法描述
  煤粉在炉肉燃烧是一个复杂的物理化学、多相流动、传热传质的燃烧过程。燃烧过程的计算机模拟是基于这些理论和试验结果，运用数值计算方法和计算机技术，结合实际燃烧器和锅炉的边界条件和初始条件，根据己知的有关流动模型、燃烧模型和辐射模型理论，在计算机上求解炉内三维气相速度分布、温度分布、氧浓度分布、煤粉颗粒运动轨迹和辐射热流量的分布。限于篇幅，本文只介绍本项的流场计算。
2.1气体流动
  气相流动是用质量、动量、气体组分、焓的时均方程和尼 ￡湍流模型来描述。在这些方程中，气体的密度皆是焓和气体分数的函数。
2.2 计算方法
  应用正交，非均匀交错网格使燃烧器的计算区域离散化，用控制容积法推导差分方程，对气相输运方程求解用SIMPLER方法，采用混合上风差分格式及压力校正方程。气相计算的网格通常在X:25～35Y:25～352:50～65。辐射网格划分可以与气相网格划分不同，通常辐射网格在X:15～35Y:15～35Z:20～40。确定网格后，选取燃烧器的边界条件，计算的边界条件按实际燃烧器设计参数选取。对流动方程组迭代直到炉内流场形成和各项物理量收敛为止。
  图2、图3是全关腰部风燃烧器纵向、横向剖面计算的冷态速度场。从图中可以看出，x z平面双通道浓淡喷口1094mm之间形成的交叉射流产生一个回流区。回流区长度约600mm。其回流区位置接近于燃烧器上下二通道之间的根部；x y平面在664mm内（燃烧器喷口内）有一主回流区。在主回流区外是主气流以加～28m/s速度喷出。主气流的二侧形成一个副回流区，在副回流区外形成二个涡流区。由此可见，本燃烧器具有较高的燃烧稳定性；
3 双通道生物质燃烧机在130t/h锅炉上冷态流动特性实验
  为了验证模型设计和理论计算结杲，结合一台HG 130/3.82-M2型130吨／小时褐煤锅炉技术改造，进行双通道生物质燃烧机冷态试值模拟。
  单角冷态空气动力场试验是在双通道浓淡喷口设四个截面，由热线风速仪测量各空间点的速度值由小飘带测定风的速度方向。
  冷态实测与三维流动特性数值计算的回流区大小非常相似，调节腰部风能够改变回流区的位置和形状。理论与实际吻合。
冷、热态动量比相近，保证了边界条件相似。
  单角燃烧器试验主要测定燃烧器喷口的流动特性，双通道浓淡燃烧器上、下二个通道采用交叉射流，下通道喷口经过放大、减速使得二股气流交叉点
  (1)双通道生物质燃烧机是运用双通道交叉射流产生回流区稳定着火，同时在一次风道上加装百叶窗分离器，使双通道变成浓淡二相，各自远离其化学当量比，形成氧化——还原性气氛降低NOx。
  (2)在双通道浓淡燃烧器腔内设置二个腰部风，使回流区变成可调，靠开关腰部风来调节回流区大小和前后，来调整煤粉气流着火点和燃烧稳定性。壤温度受室内气温影响远不如受阳光照射影响大；每台锅炉平均耗煤9kg/h，对室内空气有显著的增温效果，并且能够维持土壤具有较小降温幅度。因此锅炉供热是温室越冬生产的一种行之有效的保障方式。
5 结论
综上所述，采用VB5.0编制的动态模拟程序能够很好地模拟温室越冬运行的各种工况，可为温室供热自动控制提供软件基础，温室供热实验结果进一步证明了适宜的供热方式可以保证温室越冬生产的可能眭。随着科技兴农的深入，温室供热研究必将吸引广泛的关注，走向蓬勃发展的道路。
生物质气化站，598jx