内外二次风量比对逆喷旋流燃烧器特性的影响.pdf

第4 6 卷第3 期 2 0 2 1 年3 月 煤炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 6N o ．3 M a r ．2 0 2 1 内外二次风量比对逆喷旋流燃烧器特性的影响 贾楠1 2 3 ，牛芳1 ，2 一，王鹏涛1 ’2 ’3 ，王乃继1 ’2 ’3 ，周建明1 ’2 ’3 ，郭飞1 ’2 ’3 ，王建朋1 ’2 ’3 1 ．煤科院节能技术有限公司，北京1 0 0 0 1 3 ；2 ．煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京1 0 0 0 1 3 ；3 ．国家能源煤炭高效利用与节 能减排技术装备重点实验室，北京1 0 0 0 1 3 摘要逆喷旋流燃烧器是一种同时将逆向射流稳燃技术和旋流稳燃技术耦合的适用于烟煤的低 氮燃烧器，具有良好的节能减排效果，但是，目前该燃烧器的稳燃机理研究不深入限制了其进一步 推广应用。其中内外二次风量比、逆向一次风率、旋流强度等是影响逆喷旋流燃烧器基本性能的关 键因素。为了探究不同内外二次风量比对该燃烧器流场特性和燃烧特性的影响，通过等温模化原 理，建立与原1 4M W 逆喷旋流燃烧器比例为1 2 的燃烧器模型，使用飘带网格方法测量了耦合回 流区边界，使用D a n t e cM u h i e h a n n e l 热线风速仪测量了平均速度分布和R M S R o o t M e a n S q u a r e 速度分布，根据耦合回流区边界和平均速度计算得出相对回流率，然后在燃用神府东胜烟煤的1 4 M W 逆喷旋流燃烧器上使用T e s t o3 4 0 烟气分析仪测量了预燃锥内沿程气体中N O 。质量浓度和O 体积分数分布。试验结果表明随着内外二次风量比增加，耦合回流区的面积增大，长度不变，最大 直径从0 ．6 7D 增加到0 ．8 7D ，相对回流率峰值从0 ．8 3 增加到1 ．2 3 ，测量截面b 的O 体积分数增 大，靠近预燃锥壁面附近N O 。质量浓度降低；在O ．3 。X ／D ≤0 ．8 的耦合回流区内平均速度较低但 是湍动强烈，内外二次风量比2 5 在截面X ／D 0 ．8 附近脉动速度峰值达到最大，内外二次风量比 1 0 2 3 和内外二次风量比1 0 2 8 均在截面X ／D 0 ．7 5 附近火焰稳定且强度较高，因此从流场特 性和燃烧特性2 个角度均表明，耦合回流区内0 ．3 ≤X ／D ≤o ．8 的区域起到稳定火焰的作用；靠近 预燃锥壁面附近形成一个高速低湍流的空气保护层，且该区域0 体积分数均大于7 ％，有利于防 止壁面出现高温腐蚀现象。 关键词内外二次风量比；逆喷旋流燃烧器；流场特性；燃烧特性；耦合回流区；等温模化 中图分类号T Q C l 3 8 文献标志码A文章编号0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 2 1 0 3 1 0 3 2 0 7 E f f e c to fi n n e r ／o u t e rs e c o n d a r ya i rm a s sf l o wr a t i oo nt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e r e v e r s e ．s w i r lb u r n e r J I AN a n l ，2 ⋯，N I UF a n 9 1 ’2 ”，W A N GP e n g t a 0 1 ，2 ⋯，W A N GN a i j i l 2 ⋯， Z H O UJ i a n m i n 9 1 ，2 ⋯，G U OF e i1 2 ⋯，W A N GJ i a n p e n 9 1 ，2 3 1 ．C h i n aC o a l R e s e a r c hI n s t i t u t eC o m p a n yo f E n e r g yC o n s e r v a t i o n ，B e i j i n g1 0 0 0 1 3 ，C h i n a ；2 ．S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f H i g hE f f i c i e n tM i n i n ga n dC l e a nU t i l i z a t i o no f C o a lR e s o u r c e s ，B e i j i n g 1 0 0 0 1 3 ，C h i n a ；3 ．N a t i o n a lE n e r g yT e c h n o l o g y ＆E q u i p m e n tL a b o r a t o r yo f C o a lU t i l i z a t i o na n dE m i s s i o nC o n t r o l ，B e i j i n g 1 0 0 0 1 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h er e v e r s e - s w i r l R S b u r n e ri sak i n do fl o w n i t r o g e nb u r n e rw h i c hi ss u i t a b l ef o rb i t u m i n o u sc o a l ．I tC O U - p l e sr e v e r s ej e ta n ds w i r lf l o wf o rt h es t a b i l i z a t i o no ff l a m ea n dh a st h ea d v a n t a g e so fe n e r g y - s a v i n ga n de m i s s i o n r e - 收稿日期2 0 1 9 - 1 2 2 4修回日期2 0 2 0 0 4 0 3责任编辑黄小雨D o I 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j C O S ．2 0 1 9 ．1 7 8 3 基金项目天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项资助项目 2 0 1 8 一T D Q N 0 0 6 ，2 0 1 8 一T D M S 0 0 7 作者简介贾楠 1 9 9 4 一 ，女，山西吕梁人，硕士。E m a i l 1 8 8 1 3 1 0 3 7 9 1 1 6 3 ．c o r n 通讯作者牛芳 1 9 8 6 一 ，女，山东荷泽人，副研究员，博士。E m a i l n t 3 7 1 6 3 ．c o r n 引用格式贾楠，牛芳，王鹏涛。等．内 b - 次风量比对逆喷旋流燃烧器特性的影响[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 1 ，4 6 3 1 0 3 2 1 0 3 8 ． J I AN a n ，N I UF a n g ，W A N GP e n g t a o ，e ta 1 ．E f f e c to fi n n e r ／o u t e rs e c o n d a r ya i rm a s sf l o wr a t i oo nt h ec h a r a c t e r i s t i c s o f t h er e v e r s e s w i r lb u m e r 『J 1 ．J o u r n a lo f C h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 2 1 ，4 6 3 1 0 3 2 1 0 3 8 ， 移动阅读 万方数据 第3 期贾楠等内外二次风量比对逆喷旋流燃烧器特性的影响 1 0 3 3 d u c t i o n ．H o w e v e r ．t h ef u r t h e ra p p l i c a t i o no fR Sb u r n e ri Sl i m i t e db yt h el a c ko fi n ．d e p t hr e s e a r c ho ni t sc o m b u s t i o ns t a ． b i l i z a t i o nm e c h a n i s m ．T h eb a s i cp e r f o r m a n c eo fR Sb u r n e ri Si n f l u e n c e db yt h ek e yf a c t o r s ．i ．e ．，i n n e r ／o u t e rs e c o n d a r y a i rm a s sf l o wr a t i o ，r e v e r s ep r i m a r ya i rr a t i oa n ds w i r l i n gi n t e n s i t y ，e t c ．I no r d e rt oe x p l o r et h ee f f e c t o fd i f f e r e n ti n n e r ／ o u t e rs e c o n d a r ya i rm a s sf l o wr a t i o so nt h ef l o wa n dc o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fR Sb u r n e r ．ab u r n e rm o d e lw i t har a ． t i oo f1 2t ot h eo r i g i n a l1 4M WR Sb u r n e rw a se s t a b l i s h e du s i n gt h ei s o t h e r m a lm o d e l i n gt h e o r y ．T h eb o u n d a r yo f c o u p l e dr e c i r c u l a t i o nz o n ew a sm e a s u r e du s i n gt h ec o o r d i n a t ef r a m ew h i c has h o r ty a r nw a st i e dt ot h ee a c hg r i do ft h e f r a m e ．T h ed i s t r i b u t i o n so fm e a nv e l o c i t ya n dR M Sv e l o c i t yw e r em e a s u r e db yD a n t e cM u h i c h a n n e lh o tw i r ea n e m o m e ． t e r ．T h er e l a t i v er e v e r s ef l o wr a t ew a sc a l c u l a t e db a s e do nt h eb o u n d a r ya n dm e a nv e l o c i t yo ft h ec o u p l e dr e c i r c u l a t i o n z o n e ．1 1 1 eN O 。a n d0 2c o n c e n t r a t i o ni nt h ep r e c o m b u s t i o nc o n ew a sm e a s u r e db yT e s t o3 4 0f l u eg a sa n a l y z e ro na1 4 M WR Sb u r n e rb u r n i n gS h e n f uD o n g s h s e c o n d a r ya i rm a s sf l o wr a t i o ，t h ea r e a e n gb i t u m i n o u sc o a l ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a tw i t hi n c r e a s i n go ft h ei n n e r ／o u t e r o ft h ea n n u l a rc o u p l e dr e c i r c u l a t i o nz o n ei n c r e a s e d ，t h el e n g t hr e m a i n e du n c h a n g e d ，a n dt h em a x i m u md i a m e t e ri n c r e a s e df r o m0 ．6 7 Dt o0 ．8 7 D ．T h ep e a kv a l u eo fr e v e r s ef l o wr a t ei n c r e a s e d f r o m0 ．8 3t o1 ．2 3 ．I na d d i t i o n ，t h eO ，c o n c e n t r a t i o no ft h em e a s u r e m e n ts e c t i o n ．bi n c r e a s e d ，a n db yc o n t r a s tt h ec o n c e n t r a t i o no fN O 。d e c r e a s e dn e a rt h ep r e c o m b u s t i o nc o n e ．I nt h ec o u p l e dr e c i r c u l a t i o nz o n eo f0 ．3 ≤肜曰≤0 8 ，t h e m e a nv e l o c i t yw a sl o wb u tt h et u r b u l e n c ew a ss t r o n g ．F o rc a s e - 2 5 ，t h ep e a ko fR M Sv e l o c i t yr e a c h e dt h em a x i m u m n e a rt h es e c t i o nX ／D O ．8 ．F o rc a s e 一1 0 2 3a n dc a s e 一1 0 2 8 ，t h ef l a m ew a ss t a b l ea n dt h ei n t e n s i t yw a sh i g hn e a r t h es e c t i o nX ／D O ．7 5 ．T h e r e f o r e ，f r o mt h ev i e w p o i n to fa e r o d y n a m i cf i e l dc h a r a c t e r i s t i c sc o m b i n e dw i t hc o m b u s t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ．t h ec o u p l e dr e c i r c u l a t i o nz o n ei nt h er a n g eo f 0 ．3 。X ／D ≤0 ．8w o u l dt a k ea c t i o ni nt e r m so f f l a m es t a ． b i l i z a t i o n ．F u r t h e r m o r e ，ah i g h s p e e d ，l o w t u r b u l e n c ea i rp r o t e c t i o nl a y e rw a sf o r m e dn e a rt h ep r e c o m b u s t i o nc o n e ，a n d t h e0 2c o n c e n t r a t i o ni nt h i sa r e aw a sm o r et h a n7 ％，w h i c hw a se x p e c t e dt oi n h i b i th i g ht e m p e r a t u r e c o r r o s i o no nt h e w a l l ． K e yw o r d s i n n e r ／o u t e rs e c o n d a r ya i rm a s sf l o wr a t i o ；r e v e r s e s w i r lb u r n e r ；f l o wc h a r a c t e r i s t i c s ；c o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ；c o u p l e dr e c i r c u l a t i o nz o n e ；i s o t h e r m a lm o d e l i n g 逆喷旋流燃烧器是一款同时将逆向射流稳燃技 术和旋流稳燃技术耦合适用于烟煤并且已实现工业 化的煤粉低氮燃烧器，具有着火热低，点火迅速，启停 时间短以及节能减排效果良好等优点tJ ，但是目前 该燃烧器的逆向射流耦合旋流稳燃机理方面研究不 够深入，限制了其在低负荷稳燃和宽煤种适应性等方 面的广泛应用。影响逆喷旋流燃烧器空气动力场和 燃烧特性的因素主要包括内外二次风量比、逆向一次 风率、旋流强度等。针对上述影响因素，目前国内外 研究现状如下。 2 0 世纪5 0 年代，S C H A F F E R “ 1 提出逆向射流稳 定火焰的观点，但研究初期主要用于燃气领域H ≈J 。 我国于2 0 世纪8 0 年代提出利用环形逆向射流稳定 和强化水煤浆和低阶煤的燃烧，研究表明逆向射流所 形成的回流区前端存在一个湍动强烈、流场混乱的火 焰稳定区域，同时逆向射流流场结构既能提供煤粉颗 粒在回流区内合适的停留时间又能使火焰稳定发展， 其中逆向射流与主流速度比是影响逆向射流回流区 特性的主要影响因素m ‘9o 。旋流稳定扩散火焰技术 在燃煤锅炉应用中较为普遍⋯，例如，美国B W 的 D R B D u a lR e g i s t e rB u r n e r 燃烧器，日本H i t a c h i 的H T - N R 3 H i g hT e m p e r a t u r eN O 。R e d u c t i o n 旋流燃 烧器，我国哈尔滨工业大学的径向浓淡旋流煤粉燃烧 器等。靖剑平研究了外二次风叶片角度对I H I 双 旋流燃烧器的燃烧特性影响，结果表明随着叶片角度 从9 0 。降低到3 5 0 ，在燃烧器中心区域，O 和N O 。浓 度降低，在二次风区域，O 体积分数降低，N O ，浓度 增加。李松引研究了内外二次风量比对中心给粉旋 流燃烧器的影响，结果表明随着风量比从2 0 8 0 增 加到6 0 4 0 ，三维速度峰值逐渐减小，旋流数降低， 相对回流率减小。杨玉列研究了外二次风扩E l 角度 对H T - N R 3 旋流燃烧器的影响，结果表明随着角度 从3 0 。增加到4 5 0 ，二次风与一次风的混合延缓，回流 区直径变大，有利于降低N O ，浓度。 综上，逆向射流的火焰稳定机理及旋流燃烧器燃 烧特性等方面已经做了充分研究，但是逆向射流耦合 旋流的研究涉及很少，特别是内外二次风量比对逆喷 旋流燃烧器内空气动力场和燃烧特性的影响鲜有研 究。基于此，笔者利用飘带法、热线风速仪和烟气分 析仪分别测量了不同内外二次风量比下逆喷旋流燃 烧器的耦合回流区、速度场、均方根 R o o tM e a n S q u a r e ，R M S 湍流速度场以及沿程组分浓度分布。 万方数据 煤炭学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 1 试验概况 禳嚣誊畦_网f 氍筑■ 逆喷旋流 燃烧器 二篇主圈圈温度补偿探头l L 一 图1 流场试验系统 F i g ．1 A i r f l o we x p e r i m e n ts y s t e m 回流区边界通过飘带网格方法测量。15 I ，本文2 个测量点之间的距离为0 ．0 3I l l 。相对回流率是衡量 逆喷旋流燃烧器回流区内相对回流量大小的重要参 数6 i 。为方便不同内外二次风量比进行对比，相对 回流率定义为回流区内相应测量截面上轴向回流流 量与该内外二次风量比下逆向一次风流量的比值。 计算公式为 q 。。 二Jp v 。, r r x d x 1 ，n m a J0 式中，q 。为相对回流率；p 为空气密度，k g ／m 3 ；z ，。为 测量截面的负轴向平均速度，i n ／s ；X 。。、为测量截面 上环形耦合回流区直径，m ；x 为测量截面上环形耦合 回流区边界到燃烧器中心轴线的距离；m 。为逆向一 次风的质量流量，k g ／s 。 1 ．2 燃烧特性试验 图2 为1 4M W 逆喷旋流燃烧器结构示意图，该 燃烧器由逆喷一次风管、内外二次风管以及预燃锥组 成，其中内二次风管装有轴向叶片，角度为6 0 。。燃 烧时，一次风携带煤粉在逆喷一次风管的作用下直接 进入高温环形耦合回流区中快速着火，之后一次风粉 发生转向最后进入炉膛中继续燃烧。旋流内二次风 强化了耦合回流区，直流高速外二次风起到冷却预燃 锥内壁的作用。 图2 1 4M W 逆喷旋流燃烧器结构不意 F i g ．2 S t r u c t u r ed i a g q a mo ft h e14M Wr e v e r s e s w iz ’1b u r n e r 燃烧特性试验利用德国T e s t o3 4 0 烟气分析仪测 量了燃烧沿程的0 体积分数和N O 。质量浓度，其测 量误差分别是0 ．2 ％和5 ％，测量截面a ，b 和c 的 位置分别位于R ／D 0 ．2 ，R ／D 0 ．4 4 以及距离预燃 锥内壁3c n l 处。坐标设置如同流场特性试验。 燃烧特性试验用煤为神府东胜烟煤，其工业分析 和元素分析见表1 。 1 ．3 试验内外二次风量比 流场特性试验和燃烧特性试验均保证总风量不 变，改变内 b - 次风量比，具体试验内外二次风量比 见表2 。 2 试验结果与分析 2 ．1 流场特性 2 ．1 ．1 耦合回流区边界 图3 为不同内外二次风量比下耦合回流区边界 图。结果表明，在不同内外二次风量比下沿燃烧器中 心轴线形成的回流区均呈环形，这是逆喷旋流燃烧器 一次风管的特殊结构所造成的。随着内外二次风量 比从2 5 增加到1 1 ，使得燃烧器的旋流强度增 加，回流区面积逐渐增大，最大直径从0 ．6 7 D 增加到 0 ．8 7 D ，长度不变，在实际运行中，靠近燃烧器出口， 万方数据 第3 期 贾楠等内外二次风量比对逆喷旋流燃烧器特性的影响 1 0 3 5 直径较大的回流区火焰面更加靠近壁面，冷空气层变 薄，预燃室内壁温度升高，不利于燃烧器长期稳定运 行。此外，回流区变大使得烟气回流量增加，一次风 管温度升高，容易造成损坏，不利于煤粉稳定输送。 表1 煤质分析 T a b l e1C o a lq u a l i t ya n a l y s i s 流场特性试验 0 ．2 4 28 O ．1 6 l9 O ．1 3 87 0 ．2 4 28 0 ．3 2 37 0 ．3 4 69 燃烧特性试验 0 ．4 0 9l 0 ．9 3 78 0 ．3 5 6l 0 ．9 9 08 0 2 3 0 2 8 x } D 士内外二次风量t 土2 5 o 一内外二次风量比1 1 o 一内 F - - 次风量比1 2 图3 不同内 b - - 次风量比的耦合回流区 F i g ．3 A n n u l a rc o u p l e dr e e i r e u l a t i o nz o n eb o u n d a r yf o rd i f f e l l e n t i n n e r ／o u t e rs e c o n d a r ya i rm a s sf l o wr a t i o s 2 ．1 ．2 轴向平均速度分布 图4 为不同内外二次风量比下轴向平均速度分 布图。3 个内外二次风量比在整个轴向方向靠近一 次风管0 ．1 3 ≤R ／D ≤O ．3 7 的区域内部分轴向平均速 度为负，表明该区域形成一个贯穿整个一次风管的环 形耦合回流区。 在0 ．3 ≤X ／D ≤0 ．8 的区域内，耦合回流区内速 度分布较为均匀；在二次风主流区域内，只有内外二 次风量比为1 1 时，在靠近燃烧器出口X ／D 0 ．3 截 面上出现外二次风形成的峰值，其他内外二次风量比 下的轴向平均速度均沿着径向方向逐渐增大，没有出 1 0 0 8 星n 6 O 4 O _ 2 O ．X ／b 。3 x i0 - - 0 ．6X ／l 。8x 堰E扎x H 乏。x f D 2 ．6 箩盯妻 苇 也 } 6 警 ／ ．萋．毒’／ 季 藿 一奉 ■ r 暂凄 轴向平均速度／ m S ’ m 内外二次风量1 1 5 2 5 o 一内外二次风量比l l o 一内外二次风量比l 2 l 到4 不同内外二次风量比的轴向平均速度 F i g ．4 A x i a lm e a nv e h e i t yp r o f i l e sf o rd i f f e r e n ti n n e r ／ o u t e rs e c o n d a r ya i rm a s sf l o wr a t i o s 现峰值，这主要是因为预燃锥的角度较小，抑制了二 次风射流在径向方向卜的发展。在实际运行中，锥壁 附近的高速气流有2 个作用①在燃烧器壁面形成 了一个低温、高氧的环境，避免燃烧器出现高温腐蚀； ②燃烧器壁面是一个高速冷空气保护层，防止燃烧 器壁面⋯现积灰结焦的现象。在X ／D ≥1 ．6 的区域 内，耦合回流区内平均速度沿着径向方向逐渐减小， 这是因为逆向射流发展过程中速度衰减，同时由于内 外二次风的逐渐混合，二次风对逆向射流的刚性挤压 减弱；在二次风主流区域内平均速度较低且分布均 匀，这是因为内二次风与外二次风已经实现完全混 合． 万方数据 1 0 3 6 煤炭 学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 2 ．1 ．3 轴向R M S 速度分布 图5 为不同内外二次风量比下R M S 轴向脉动速 度分布图。在0 ．3 ≤X ／D ≤0 ．8 的区域内，沿着径向 方向上R M S 轴向脉动速度有2 个明显的峰值，结合 耦合回流区边界和轴向速度分布可以看出，该区域的 耦合回流区处于回流区前端同时呈现出低速高湍流 的特性，这与李劲一’1 7 1 和B O B B A l l 8 。’0 ] 所提出的逆向 射流火焰稳定区域性质相同，他们认为逆向射流的滞 止区附近存在一个对火焰稳定有着关键影响的区域， 该区域平均速度低但是湍流波动剧烈的流场特点加 强了燃料和气流之间的质量能量动量交换；二次风区 域内的高脉动速度区域有利于内二次风与一次风粉 之间的掺混。预燃锥壁面气流的轴向速度越大，脉动 速度越弱，外二次风射流刚性越强，有助于保护锥壁， 从而使燃烧器壁面处于低温高氧低C O 环境，有利于 实现高燃烧效率的前提下避免燃烧器壁面出现高温 腐蚀。内外二次风量比1 1 的2 个峰值沿着轴向方 向逐渐减小，湍流脉动强烈区域位于截面X ／D 0 ．3 ， 内外二次风量比2 5 峰值沿着轴向方向逐渐增大， 湍流脉动强烈区域迁移至截面X ／D 0 ．8 ，表明内外 二次风量比1 1 的煤粉稳定燃烧区域比内外二次风 量比2 5 更靠近燃烧器出口。内外二次风量比1 2 峰值在3 个内外二次风量比中最小并且峰值变化 也较小。在X ／D ≥1 ．6 的区域内，耦合回流区内的脉 动速度均沿着径向方向逐渐降低，二次风区域的脉动 速度较小；随着内J b 一- 次风量比增大，轴向脉动速度 呈略微增大趋势。 l O 0 ．8 铲6 0 ．4 0 ．2 影D O ．3X ／D 0 ．6X ／D - 0 ．8 X ／D - 1 ．6 K D 2 ．0K D 2 ．6 参 ≯ 务 雾参 蜚 乏≮L ． k ‘毫、△壬曲 沿着轴向方向，3 个内外二次风量比的相对回流率均 先增加后降低，相对回流率峰值依次为1 ．2 9 ，0 ．9 9 和 0 ．8 3 ，峰值位置均在截面X ／D 1 ．6 。随着内外二次 风量比增大，相对回流率逐渐增大，但不是以线性增 加，这主要因为回流区是由逆向一次风和旋流内二次 风耦合所形成，当内二次风量逐渐增大时，二者之间 存在相互配合的作用，并不是简单地叠加。在实际运 行过程中，相对回流量越大，越有利于实现煤粉稳定 燃烧。 图6不J 司内外二次风量比F 相对回流率 F i g ．6 R e l a t i v er e v e r s ef l o wr a t e sf rd i f f e r e , l ti n n e r ／ o u t e rs e c o n d a r ya i i ’m a s sf l o w1 ．a t i o s 2 ．2 燃烧特性 2 ．2 ．1 O 体积分数分布 图7 为不同内外二次风量比下不同径向测量截 面的O ，体积分数分布图。由图7 可以看出，2 个内 J b - - 次风量比下的0 体积分数沿着轴向方向均呈下 降趋势，随着内外二次风量比增加，图7 a 中0 ，体 积分数有略微的增大趋势，整体上相差较小，图7 h 中0 体积分数明显增大。这是因为测量截面b 更靠 近内二次风管道。图7 c 中靠近预燃锥壁面附近是 外二次风形成的高速冷空气层，所以2 个内外二次风 量比在该区域0 体积分数均大于7 ％，这有利于防 止壁面发生高温腐蚀现象。2 卜2 2 。。 2 ．2 ．2 N O ．质量浓度分布 图8 为不同内J b - 次风比例下不同径向测量截 面的N O 。质量浓度分布图。由图7 可以看出，2 个内 J , b z _ 次风量比下的N O ，质量浓度沿着轴向方向均呈 先上升后下降趋势，随着内二次风量增大，在X ／D 0 ．7 5 区 域，锥壁面附近N O ，质量浓度减小。在燃烧器出口， 内外二次风量比1 0 2 3 和1 0 2 8 在测量截面b 附 近N O 。质量浓度分别为1 5 9m g ／n 1 3 和11 2m g ／n 1 3 基 准氧体积分数为9 ％ ，锥壁面附近N O ，质量浓度分 别为3 1 4r a g ／m 3 和3 1 0r a g ／I n 3 基准氧体积分数为 9 ％ 。N O 。质量浓度在截面X ／D 0 ．7 5 附近出现峰 万方数据 第3 期 贾楠等内外二次风量比对逆喷旋流燃烧器特性的影响 ⅪD b 测量截面b C 删攮截㈣o 图7 不同内外二次风量比下O 体积分数分布 F i g ．70 2c o n c e n t r a t i o n sf o rd i f f e r e n ti n n e r ／o u t e rs e c o n d a r y a i rm a s sf l o wr a t i o s 值，这是因为煤粉逆喷进入预燃锥到达截面X ／D 0 ．7 5 附近时，煤粉开始稳定燃烧，且该区域有足够的 0 ，因此火焰强度高，N O 。质量浓度达到最大，之后 N O 。质量浓度降低，是因为二次风刚进入燃烧器中温 度较低同时煤粉浓度也较低。锥壁面附近N O ，质量 浓度比靠近一次风管区域浓度高，是因为煤粉逆喷到 达低速区后被高速正向的二次风折返，煤粉在正向流 动过程中充分燃烧，因此N O ，质量浓度较大。 3 结论 1 流场特性试验中，在0 ．3 。X ／D ≤0 ．8 的耦合 回流区内速度较低但是湍动强烈，有助于煤粉稳定燃 烧，且内外二次风量比2 5 在截面X ／D O ．8 附近脉 X f D a 测量截面b X I D b 测{ { i i 截面C 图8 不同内外二次风量比下N O 。质量浓度分布 F i g ．8N O ，c o n c e n t r a t i o n sf o rd i f f e r e n ti n n e r ／o u t e r s e c o n d a r ya i rm a s sf l o wr a t i o s 动速度峰值达到最大。在燃烧特性试验中，内外二次 风量比1 0 2 3 和内外二次风量比1 0 2 8 均在截面 X ／D 0 ．7 5 附近，火焰稳定且强度高。因此，从流场 特性和燃烧特性2 个角度均表明，耦合回流区内0 ．3 ≤肜D ≤0 ．8 的区域起到稳定火焰的作用。 2 在流场特性试验中，靠近预燃锥壁面附近形 成一个高速低湍流的空气保护层。在燃烧特性试验 中，该区域O 体积分数均大于7 ％，这有利于防止壁 面出现高温腐蚀现象。 3 随着内外二次风量比增大，耦合回流区的面 积增大，长度不变，最大直径从0 ．6 7 D 增加到0 ．8 7 D ， 相对回流率从0 ．8 3 增加到1 ．2 9 ；测量截面b 的0 ， 体积分数增大，燃烧器出口的N O 。质量浓度增大分 别为1 5 9m g ／m 3 和1 1 2m g ／m 3 基准氧体积分数为 9 ％ ；靠近预燃锥壁面附近N O 。质量浓度降低，燃烧 器出口的N O ，质量浓度相差较小。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]王乃继，尚庆雨，张鑫，等．德国煤粉工业锅炉实践及我国研发、 推广的现状与发展[ J ] ．工业锅炉，2 0 1 6 2 卜1 0 ． W A N GN a i j i ，S H A N GQ i n g y u ，Z H A N GX i n ，e ta 1 ．P r a c t i c eo fp u l - v e r i z e d c o a lf i r e di n d u s t r i a lb o i l e r si ng e r m a n ya n ds t a t u so fi t sr e - - s e a r c h ，p r o m o t i o ni nC h i n a [ J ] ．I n d u s t r i a lB o i l e r ，2 0 1 6 2 卜1 0 ． 万方数据 1 0 3 8 煤炭学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 [ 2 ] 姜思源．中等挥发分烟煤回燃逆喷式燃烧数值模拟[ J ] ．煤炭学 报，2 0 1 4 ，3 9 6 1 1 4 7 1 1 5 3 ． J I A N GS i y u a n ．N u m e r i c a ls i m u l a t i o no nm i d g ev o l a t i l ec o a lc o m b u s t i o ni nr e v e r s e di n j e c t i o nb u m e r [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ， 2 0 1 4 ，3 9 6 1 1 4 7 一1 1 5 3 ． [ 3 ] S C H A F F E RA ．T h ee f f e c to fa l lo p p o s i n gj e to nf l