三通道煤粉燃燒器設(shè)計(jì)計(jì)算的半經(jīng)驗(yàn)方法

1、三通道煤粉燃燒器設(shè)計(jì)計(jì)算的半經(jīng)驗(yàn)方法孔學(xué)標(biāo)王超群南京水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院摘要】 本文采用將同軸旋轉(zhuǎn)射流筒化為單段旋轉(zhuǎn)射流的辦法，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)，推導(dǎo)出了適合工程應(yīng)用工程適用的半經(jīng)驗(yàn)公式。計(jì)算結(jié)果表明，半經(jīng)驗(yàn)公式基本上能夠滿足工程精度要求。1 前言 三通道燃燒器是國外七十年代發(fā)展起來的一種高效燃燒裝置，國內(nèi)從八十年代初期引進(jìn)并進(jìn)行二次開發(fā)，取得了一些成功的經(jīng)驗(yàn)。然而由于燃燒器出口流動過程的復(fù)雜性，再加之缺乏一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，所以設(shè)計(jì)過程是基于經(jīng)驗(yàn)，選取一次空氣用量和燃燒器出口速度，并由此確定出口截面積。這種設(shè)計(jì)方法缺乏一定的科學(xué)依據(jù)，不可能確保所設(shè)計(jì)的燃燒器于相應(yīng)窯系統(tǒng)相匹配，給操作過程帶來很大的盲

2、目性。不合理的燃燒器設(shè)計(jì)與操作往往導(dǎo)致窯內(nèi)煤粉燃燒狀況不良，從而使得窯的單位產(chǎn)量熱耗增加，燒成帶耐火材料壽命縮短，熟料標(biāo)號降低。為此本文試圖從窯內(nèi)煤粉燃燒過程的具體特點(diǎn)出發(fā)，著重煤粉射流與二次風(fēng)的混合速率分析，并將多通道的同軸射流視作為單股旋轉(zhuǎn)射流進(jìn)行簡化處理，同時引入一些修正常數(shù)。此常數(shù)由實(shí)驗(yàn)或數(shù)值模擬確定，并由此導(dǎo)出易于工程應(yīng)用的計(jì)算公式。2 半經(jīng)驗(yàn)公式的推導(dǎo)水泥回轉(zhuǎn)窯煅燒中，三通道燃燒器射流引射二次風(fēng)屬于受限射流。為了計(jì)算方便作以下假定：射流混合區(qū)內(nèi)任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，則軸向射流及旋轉(zhuǎn)射流對二次風(fēng)的引射速率為：對于三通道煤粉燃燒器，采用軸向動量的當(dāng)量通量

3、：根據(jù)動量守恒原理，在射流擴(kuò)展過程中，角動量和軸向動量及當(dāng)量軸向通量均保持為常數(shù)，聯(lián)立求解方程(1、(4、(5可得到下列等式：從式(7中可以看出第一項(xiàng)為射流軸向運(yùn)動的引射量，第二項(xiàng)為射流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而產(chǎn)生的附加引射量。為達(dá)到煤粉在接近當(dāng)量比下燃燒，式(7中M應(yīng)根據(jù)燃燒計(jì)算所需要的實(shí)際空氣需要量給出。為方便分析令：式(7中，X的最大值等于射流混合區(qū)長度，只有當(dāng)射量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：根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料，等溫旋轉(zhuǎn)射流的引射量可以用下列經(jīng)驗(yàn)式表示：K3可以通過燃燒計(jì)算得出。因此，若通過對現(xiàn)行噴嘴結(jié)構(gòu)利用冷態(tài)實(shí)驗(yàn)確定值和值，則便可以利用式(10計(jì)算出燃燒器射流必須

4、達(dá)到的最小軸向當(dāng)量通量。3 系數(shù)和的確定方法系數(shù)和的確定原則上可以通過冷態(tài)模擬或數(shù)值模擬來進(jìn)行，本文擬采用數(shù)值模擬的方法確定。從粘性流體的動量方程出發(fā),采用雷諾平均可以得到平均運(yùn)動的動量方程，對方程中的高階關(guān)聯(lián)項(xiàng)采用梯度模擬,二階關(guān)聯(lián)項(xiàng)(即雷諾應(yīng)力通過定義兩個標(biāo)量和和來封閉，即采用所謂的-雙方程湍流模型。通用方程可以寫成如下：對上述方程在控制容積內(nèi)采用有限差分離散為代數(shù)方程，采用SIMPLE算法(3給定邊界條件即可求解。圖1是某一特定工況下同軸射流計(jì)算的氣體速度矢量圖和同等流量下相同旋流數(shù)的單通道旋轉(zhuǎn)射流的氣流速度矢量圖。從圖中可以看出，由于同軸射流外風(fēng)速度較高，導(dǎo)致了對二次風(fēng)引射能力的增強(qiáng)，外回流開始點(diǎn)提前，但外回流結(jié)束點(diǎn)與單股轉(zhuǎn)射流相同，這是由于二者具有相同的旋流數(shù)和流量。通過不同幾何尺寸不同流量和旋流數(shù)工況的模擬計(jì)算，比較兩射流造成的外回流區(qū)中心的長短就可以確定和的大小。的范圍