第20卷第5期電站系統(tǒng)工程VoL 20 No52004年9月Power System EngineeringSep.2004文章編號:1005-006X(2004)05-002503大型撞擊式水煤漿噴嘴流量特性試驗研究浙江大學黃鎮(zhèn)宇李習臣曹大東劉建忠周俊虎岑可法摘要:對大容量的撞擊式水煤漿霧化噴嘴進行了試驗研究,分析了噴嘴運行參數(shù)和噴嘴內(nèi)各主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對噴嘴流量特性的影響。經(jīng)過對試驗數(shù)據(jù)的分析,分別指岀了各個因素的影響程度、原因及相應調(diào)節(jié)方案。對以后此類噴嘴的研究有一定的指導意義,關鍵詞:水煤漿;霧化;噴嘴;撞擊式噴嘴;流量特性中圖分類號:TK16文獻標識碼: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水煤漿作為一種低污染、高效率、流動性強的新型清潔代油燃料在我國已經(jīng)有了很廣泛的應用,廣東茂名熱電廠410th鍋爐改燒水煤漿也已進入實施階段。改燒水煤漿鍋爐的容量大型化,也要求有大容量高性能的水煤漿霧化噴嘴來保證燃燒。在我國230Ⅶh及230th以下容量的鍋爐改燒水Y型霧化汽煤漿技術(shù)已經(jīng)比較成熟,所應用的霧化噴嘴容量一般都不T型霧化汽出口霧矩高于3.5h;隨著410th及更大容量的鍋爐改造項目的出現(xiàn),這樣容量的噴嘴已不能滿足需要,以后會逐漸采用單槍圖1撞擊式水煤漿噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖容量為6Ⅶh或更大容量的噴嘴,現(xiàn)在國內(nèi)還沒有這樣大容在小混合室出口受到第二級霧化氣的垂直沖擊,其中的液量的水煤漿噴嘴,需要進行新的開發(fā)研究。絲、液膜或大的液滴再次破碎,稱?T型霧化;然后混合物噴嘴大型化最直接的問題就是怎樣增大噴嘴的出力以經(jīng)過一個縮孔再次得到加速,并在慣性力的作用下高速沖擊及怎樣才能取得較好的負荷調(diào)節(jié)特性,解決問題的前提就是到撞擊件上而破碎,稱撞擊霧化:緊接著氣漿混合物在出口弄清楚影響嘖嘴流量的各個因素及萁影響程度。本文就是圍孔內(nèi)形成第四級霧化,細小液滴仍會受其影響而再次破碎,繞此前提,對撞擊式噴嘴的流量特性進行了試驗研究。國內(nèi)成為出口孔霧化。實踐證明,經(jīng)過這四級霧化足以把水煤漿用來霧化水煤漿的噴嘴型式有很多4,但在國內(nèi)應用最廣破碎成平均直徑(SMD)為110μm左右的細小顆粒,滿的是浙江大學開發(fā)的撞擊式水煤漿霧化噴嘴,這種型式旳噴足燃燒的需要。關于撞擊式噴嘴的優(yōu)點,文獻[5~6中有詳嘴已經(jīng)在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐上得到廣泛的應用并表現(xiàn)良細的介紹。好。本文試驗所用的噴嘴即是這種型式ε2試驗內(nèi)容撞擊式水煤漿霧化噴嘴作為一種組合型內(nèi)混式噴嘴,撞擊式噴嘴內(nèi)部工質(zhì)和霧1.1工作原理及其特點化氣的混合及流動情況極其復雜,流場的任何變化都會影響撞擊式水煤漿噴嘴是一種氣力霧化噴嘴,由后至前依次最終的霧化質(zhì)量及流量特性。影響內(nèi)部流場也即影響最終霧布置“Y”型、“T”型和撞擊型霧化,圖1為撞擊式水煤漿化質(zhì)量和流量特性的因素有很多,大體分為3類:噴嗜幾何噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)尺寸、工質(zhì)和霧化氣特性和運行參數(shù)。為獲得更佳的霧如圖1所示,噴嘴采用中間進漿方式,水煤漿進入小混化效果,就要通過試驗對這些因素逐一進行考察,了解各因合室后,受到第一級霧化氣(或汽)的沖擊,被撕裂成細絲素的作用。本文主要考察了噴嘴幾何結(jié)構(gòu)尺寸和運行參數(shù)兩或薄的液膜,此次霧化稱?"Y型霧化;所形成的氣漿混合物類因素對流量特性的影響,在小混合室內(nèi)向前流動的同時,繼續(xù)進行動量交換:混合物影響噴嘴流量特性的幾何結(jié)構(gòu)主要有進漿孔、Y型氣收稿日期:2003-11-25孔、內(nèi)混室、T型進氣孔、撞擊件以及霧化頭出口孔。運行黃鎮(zhèn)宇,男。熱能工程研究所,310027參數(shù)包括漿壓和氣壓電站系統(tǒng)工程2004年第20卷3試驗系統(tǒng)簡介比于工質(zhì)要大得多,所以小混合室內(nèi)的壓力主要受供氣壓力控制。這樣,由前面的公式可以容易地預測出影響工質(zhì)流量圖2為試驗系統(tǒng)簡圖。整個系統(tǒng)由4部分組成:第一部的直接因素有進漿孔參數(shù)和運行參數(shù)(漿壓、氣壓),這分是工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng),它實現(xiàn)工質(zhì)的循環(huán)利用,并提供噴嘴試點在試驗中也得到了驗證;另外對混合室壓力影響大的因素驗時工質(zhì)所需的壓力;第二部分是霧化介質(zhì)系統(tǒng),它提供工也會影響工質(zhì)流量出口孔流通面積等質(zhì)霧化所需的壓縮空氣,并根據(jù)試驗的需要提供合適的霧化42各結(jié)構(gòu)參數(shù)對流量的影響空氣壓力;第三部分是引風系統(tǒng),它及時吸出霧化空氣保持試驗發(fā)現(xiàn),在各個結(jié)構(gòu)尺寸中,進漿孔直徑對噴嘴的流霧化室內(nèi)為輕微負壓,防止霧化飛沫從霧化室壁的縫隙中溢量影響最大。圖3為其他條件不變情況下工質(zhì)流量與進漿孔出而污染環(huán)境;第四部分是測量系統(tǒng),用來測量各個運行參徑的關系,工質(zhì)流量隨進漿孔徑的增大急劇增加。但由于壓數(shù)及噴嘴的霧化質(zhì)量,其中霧化顆粒的測量采用激光顆粒測力表和噴嘴之間還有一定長度的輸漿管道,也有相當?shù)牧髁績x。阻,所以,工質(zhì)的流量和漿孔直徑之間不是成嚴格的四次方關系,會偏低一些?？斩Y緊延.5:只物9010520135圖2噴嘴冷態(tài)霧化試驗系統(tǒng)簡圖漿孔直徑圖3工質(zhì)流量與進漿孔直徑的關系4試驗結(jié)果及分析另外出口孔總的流通面積增大,會使大混合室內(nèi)的壓力降低,進而影響到小混合室內(nèi)的壓力,進一步影響工質(zhì)流量4.1工質(zhì)流量的理論分析但由于對小混合室內(nèi)壓力是一種間接的影響,所以出口對工進漿孔前后的壓差包括沿程壓力損失和局部壓力損失,質(zhì)流量影響不是很大,相比于進漿孔徑對流量的影響小得由于局部壓力損失相對于前者很小(約是后者的10%),可多。圖4所示,保持單個出口孔的流通面積不變,改變出口以忽略不計。沿程壓力損失即進漿孔前后壓差為孔數(shù)來考察出口孔總面積對工質(zhì)流量的影響,可見,當出口Ap=pgh, =n., pV(1)孔總面積增大時,后部流動阻力減小,會引起混合室內(nèi)的壓力降低,從而使流量增加。管內(nèi)工質(zhì)流速一般小于25ms,工質(zhì)動力粘度在IPa“左右,此時在進漿孔內(nèi)流動工質(zhì)的雷諾數(shù)Re約為250,遠小于臨界雷諾數(shù)2000,可把管內(nèi)流動按層流流動狀態(tài)處理,故6464μ據(jù)35501R。p3500把(2)帶入(1)得345032μⅥ即V1617181920出口孔個數(shù)把(3)帶入流量公式Qn=pndV,得圖4出口孔總面積對工質(zhì)流量的影響e=ptd '& pAdAp4*32l128ulQptd(P,-h42604250其中P和P分別是供漿壓力和小混合室壓力,d為進1.01.11.21.3141.516漿孔徑,l為進漿孔長,p和分別為工質(zhì)的密度和粘度。T型氣縫寬度(m)由上式可知,工質(zhì)流量正比于進漿孔徑前后壓差和進漿孔徑圖5工質(zhì)流量與T型氣縫的關系的四次方,并反比于進漿孔長度。由于霧化氣的體積流量相噴嘴的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)對工質(zhì)的流量影響(下轉(zhuǎn)第28頁)電站系統(tǒng)工程2004年第20卷除垢的基本機理有以下幾方面元λ計算,兩臺爐油耗為133.68υ天(按100%燃用油漿計(1)NgF-01藥劑被吹入爐膛后,并在高溫下燃燒,燃算),根據(jù)熱力計算現(xiàn)排煙溫度與額定排煙溫度的差值,燒后的鎂化合物與低熔點且具有腐蝕性的鈉、釩、鎳、鐵和算岀由于鍋爐的積灰影響傳熱以1.2%計算:鈣等化合物作用形成鎂的復合物,形成的復合物有較高的熔每月多耗油:133.68×30×1.2%=48.12U月點,在自然常態(tài)下沒有腐蝕性;在爐膛內(nèi)以小顆粒形狀存在每月減效:4812×1300=6255元/月不會粘結(jié)在金屬表面,并易隨煙氣從煙囪帶走。從而除去了每年總減效:62556×12=750672元/年。管外表面上的灰垢。3.2費用統(tǒng)計2)N9F-01藥劑在高溫下燃燒,燃燒后的銅化合物與該添加劑是用壓縮風以霧狀噴進爐膛,根據(jù)每一階段添煙氣中的氧一起和灰垢反應,也可提高灰垢的熔點,使灰垢加劑的用量計算成本費用,得到經(jīng)濟效益見下表ε相互之間、灰垢與金屬表面之間結(jié)合的鍵能降低,甚至斷裂,N9F01費用凈效益(總減效N9F-01費用)使灰垢變得疏松易被機械消除。第一年292328(3)中和SO3等酸性氣體及其沉積物,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轉(zhuǎn)化成SO3的催化劑V2O5和Fe2O3中毒;注:以上效益分析并未計算提高鍋爐安全性,增加鍋爐出力以及由并可與VO5等釩化合物反應,形成惰性化合物。此帶來的發(fā)電量增加等邊緣效益,如計算在內(nèi),效益更加明顯。從上表可以看出,第一年需投入29,2萬元,第二年節(jié)(5)硝酸鹽分解產(chǎn)生的亞硝酸鹽還對受熱面起到鈍化約資金為166萬元,第三年節(jié)約資金456元,可見隨著運作用,使受熱面和煙道得到有效的保護。3.1減效計算(按照兩臺爐,一臺35th,一臺45th運行)行年數(shù)的增加,效益也增加編輯:康德平均負荷按80th,月運行720h,每噸油漿價格按1300上接第26頁)都不大。但另外T型噴口寬對流量的4、3運行參數(shù)對工質(zhì)流量的影響影響也比較有規(guī)律,如圖5所示,隨氣縫寬度的增加,由公式(4)可知,工質(zhì)流量不僅依賴于供漿壓力,還流量稍有下降,實際上這還是通過影響混合室壓力來要受供氣壓力的影響。工質(zhì)流量隨漿壓的提升而加大,隨氣間接影響工質(zhì)流量。內(nèi)混室是一個狹長圓桶型空間壓的提升而減小。由于供氣壓力和小混合室壓力之間在一定工質(zhì)由前部漿孔內(nèi)進入,霧化氣分兩部分進入,分別范圍內(nèi)基本上成比例關系,所以,供漿壓力比供氣壓力對工是前部的Y型氣孔,后部的T型氣縫。由于氣體由前質(zhì)流量的影響更敏銳一些。圖6和圖7分別為單獨改變漿壓向后流動,所有Y型氣孔氣體的流動情況主要決定內(nèi)和氣壓對工質(zhì)流量的影響,驗證了上面的推理?；焓覂?nèi)的壓力(達到音速后和供氣壓力成比例關系),因此,在噴嘴設計過程中,根據(jù)噴嘴負荷的要求,主要后部T型氣縫氣量的多少對此壓力影響較小,當T型從進漿孔的結(jié)構(gòu)參數(shù)、噴孔的結(jié)構(gòu)參數(shù)及運行參數(shù)的設計上氣縫氣量增加時,混合室壓力稍有上升,由公式(4)考慮?？芍?流量會稍微下降,試驗結(jié)果正好驗證了這一點。5結(jié)論本文在理論指導下,通過選型試驗對大型撞擊式水煤漿噴嘴的流量特性進行了研究,試驗中考察了幾個主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)對噴嘴流量特性的影響,發(fā)現(xiàn)進漿孔直徑、出口孔流通面積、運行參數(shù)對噴嘴流量特性的影響比較明顯并分別指出各個因素的影響程度、原因及調(diào)節(jié)方案,給出了3000大型水煤漿噴嘴設計的依據(jù)。供漿壓力(MPa)參考文獻圖6供漿壓力對工質(zhì)流量的影響]曹欣玉,翁衛(wèi)國.黃鎮(zhèn)宇,等.白楊河電廠230Ⅶh鍋爐燃用水煤漿工業(yè)試驗J中國電力,2001,34(716~18[2]傅勤.水煤漿噴嘴的設計與改進[.山東電力技術(shù),19973]黃亞平.王應時,高麗君.水煤漿外混式氣動霧化機理研究.工5000程熱物理學報,1991.12(1):84~90.I4]田茂誠潘繼紅,程林水煤漿霧化特性試驗研究[.水動力學研究與進展,1995,105):546~55]岑可法,姚強,曹欣玉,等煤漿燃燒、流動傳熱和氣化的理論4700與應用技術(shù)M杭州:浙江大學出版社,199500.520.546]黃鎮(zhèn)宇,周志軍,曹欣玉,等.撞擊式多級霧化水煤漿噴嘴的試驗供氣壓力Oa)研究熱力發(fā)電,2001(3)圖7供氣壓力對工質(zhì)流量的影響編輯:聞彰