[發(fā)明專利]一種研究湍流場(chǎng)中煤粉顆粒燃燒特性的實(shí)驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110246988.X
• 申請(qǐng)日: 2021-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112836392B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許揚(yáng);李水清;蔡安民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發(fā)明公開(kāi)的一種研究湍流場(chǎng)中煤粉顆粒燃燒特性的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，屬于煤粉燃燒技術(shù)領(lǐng)域。上蓋板、中間板和下蓋板依次固定連接，上蓋板與中間板的內(nèi)部通道連通形成密閉的燃燒腔室；中間板內(nèi)部設(shè)有若干與燃燒腔室相切的狹縫，狹縫分別連接有氣流入口，氣流入口與燃料系統(tǒng)和氧化劑系統(tǒng)連接；外部石英管下端與上蓋板連接且與燃燒腔室連通；中心給粉管的出口伸入燃燒腔室，入口與煤粉系統(tǒng)連接；內(nèi)部石英管同軸嵌套在外部石英管內(nèi)部，并且與外部石英管下端具有間距；中心給粉管的出口端內(nèi)部設(shè)有旋片。本發(fā)明能夠精確控制流場(chǎng)湍流強(qiáng)度，且場(chǎng)內(nèi)溫度和組分分布均勻，實(shí)現(xiàn)在不同湍流環(huán)境下煤粉顆粒的燃燒特性的研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤粉燃燒技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種研究湍流場(chǎng)中煤粉顆粒燃燒特性的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)

煤粉燃燒是一個(gè)涉及瞬態(tài)、多相、多組分、高溫、湍流等復(fù)雜變量的過(guò)程，對(duì)煤粉燃燒機(jī)理的研究，跨越了不同的時(shí)間和空間尺度。現(xiàn)有的工業(yè)鍋爐和電站鍋爐，其容量較大，尺度較大，基于實(shí)際鍋爐進(jìn)行的測(cè)量和數(shù)值模擬多為基于歐拉場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)性時(shí)間平均或空間平均的測(cè)量，很難做到顆粒水平機(jī)理層面的解析。為了更好地進(jìn)行爐膛內(nèi)部的燃燒調(diào)整，為實(shí)現(xiàn)清潔煤燃燒打下理論基礎(chǔ)，則需要對(duì)煤粉燃燒過(guò)程中的機(jī)理性規(guī)律開(kāi)展深入性的理論研究。

現(xiàn)有的針對(duì)煤粉燃燒過(guò)程的理論研究大部分均在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模小尺度的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)展。由于對(duì)煤粉燃燒機(jī)理研究所關(guān)注的研究對(duì)象多為單顆粒或者小流量分散煤粉顆粒流，因此燃燒器大多為外部加熱方式，而非自維持燃燒裝置。比較常用的用于研究煤粉燃燒特性的實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)為熱重分析儀、絲網(wǎng)反應(yīng)器、滴管爐以及平焰燃燒器，而主要關(guān)注的煤粉燃燒特性則包括煤粉熱解、著火、揮發(fā)分燃燒以及焦炭燃燒特性等。上述反應(yīng)器可以支持較為系統(tǒng)的(不同環(huán)境溫度、組分濃度)煤粉燃燒特性研究，并且工況調(diào)節(jié)較為靈活。對(duì)于平焰燃燒器來(lái)說(shuō)，其更是具有較好的光學(xué)可視性，可以滿足對(duì)煤粉燃燒過(guò)程的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)，因此被廣為采用。但是值得注意的是，上述的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)均是基于層流簡(jiǎn)化的條件下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其內(nèi)部的氣氛均為靜止的氣體或是小雷諾數(shù)的流動(dòng)環(huán)境，而忽略了湍流的影響。但是，對(duì)于實(shí)際鍋爐爐膛，由于燃燒器的布置以及復(fù)雜的燃燒環(huán)境，其內(nèi)部是一個(gè)具有較大湍動(dòng)度、較大火焰拉伸率的環(huán)境，湍流場(chǎng)中的能量、組分輸運(yùn)特性以及化學(xué)反應(yīng)特性相較于層流工況均會(huì)發(fā)生較大的變化。煤粉燃燒過(guò)程是一個(gè)涉及質(zhì)量傳遞、動(dòng)量傳遞、能量傳遞和化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，湍流對(duì)傳熱傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)的影響會(huì)直接作用于煤粉燃燒過(guò)程。因此，為了更好地模擬煤粉顆粒在實(shí)際爐膛中的燃燒行為，在實(shí)驗(yàn)室小型規(guī)模燃燒器上模擬實(shí)際爐膛內(nèi)部的湍流場(chǎng)，研究湍流場(chǎng)對(duì)煤粉燃燒的影響具有重要意義。

已有部分研究工作考慮了湍流場(chǎng)對(duì)煤粉顆粒燃燒的影響，有研究基于40kW同軸射流旋流燃燒器進(jìn)行煤粉燃燒實(shí)驗(yàn)，并探究了其上煤粉燃燒特性。但是，該研究主要關(guān)注的還是環(huán)境中組分濃度對(duì)煤粉顆粒燃燒特性的影響，而缺少對(duì)于湍流影響的討論。一部分原因是因?yàn)閷?duì)于該燃燒器，精確地調(diào)節(jié)其產(chǎn)生的湍流場(chǎng)比較困難。

同時(shí)，已有的研究大多還是從歐拉場(chǎng)角度研究湍流場(chǎng)行為，缺少對(duì)湍流場(chǎng)中煤粉顆粒燃燒行為的詳細(xì)討論。比如，授權(quán)公布號(hào)為CN109595548B的專利報(bào)道了一種濃淡返混式旋流煤粉燃燒器，該燃燒器可以實(shí)現(xiàn)在燃燒器內(nèi)部的煤粉濃淡返混及濃淡分級(jí)燃燒，因而有利于煤粉的著火與穩(wěn)定燃燒，但是該燃燒器的運(yùn)行條件仍然限制了在單顆粒水平對(duì)湍流流場(chǎng)影響進(jìn)入深入探究的可行性，且其固定的燃燒器結(jié)構(gòu)限制了對(duì)其內(nèi)部湍流場(chǎng)的合理調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種研究湍流場(chǎng)中煤粉顆粒燃燒特性的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，能夠精確控制流場(chǎng)湍流強(qiáng)度，且場(chǎng)內(nèi)溫度和組分分布均勻，實(shí)現(xiàn)在不同湍流環(huán)境下煤粉顆粒的燃燒特性的研究。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明公開(kāi)了一種研究湍流場(chǎng)中煤粉顆粒燃燒特性的實(shí)驗(yàn)裝置，包括內(nèi)部石英管、外部石英管、上蓋板、中間板、下蓋板和中心給粉管；