撞击式多级雾化水煤浆喷嘴的试验研究

技术交流撞击式多级雾化水煤浆喷嘴的试验研究黄镇宇周志军曹欣玉赵翔浏建忠周俊虎岑可法浙江大学浙江杭州310027)[摘要]水煤浆雾化技术是水煤浆燃烧的关键技术之一。撞击式多级雾化水煤浆喷嘴雾化质量好、寿命长、气耗率低并有良好的防堵性能经在山东白杨河电厂3号炉应用燃烧效率达到98.8%以k[关键词]水煤浆Cws)喷嘴迻多级雾化水煤浆燃烧雾化喷嘴[中图分类号]K263.4[文献标识码]A[文章编号]00-33542001)3-0040-03在水煤浆燃烧技术中雾化喷嘴是最关键技术之其性能的好坏直接影响水煤浆能否顺利着火和燃烧效率的高低因此硏发性能良好的水煤浆喷嘴是硏煤浆究水煤浆燃烧必须解决的问题。目前世界上常用的水煤浆喷嘴有Y型1,其次是旋流内混型21其结构见图1和图2。另外还有 Parker- Hannifin强旋流水煤浆喷嘴3和具有内表面撞击的T型内混喷嘴4等。图2旋流型喷囑结构示1.1水煤浆的燃烧特性水煤浆着火困难是水煤浆燃烧的一个难点因为水煤浆由煤粉、水加少量添加剂混和而成在着火过程中需先将水分蒸发因此要吸收大量着火热。国产水煤浆含水量约35%其所需着火热是煤粉着火热的1.77倍。水煤浆着火热与煤粉着火热的比值见表1。表1水煤浆着火热计算图1Y型喷嘴结构示意水分/%水分蒸发热占总着火热比例水煤浆与煤粉着火热之比好的水煤浆雾化喷嘴必须满足如下条件(1雾化良好(2肪堵性能好(3)用寿命长(4)气汽耗率0低。为此开发了撞击式多级雾D型冰煤浆喷嘴。1撞击式多级雾化水煤浆喷嘴的研制研究发现水分蒸发占水煤浆燃尽时间的8%并随水煤浆浓度的变化而略有变化。技术交流1.2撞击式多级雾化水煤浆喷嘴2喷嘴雾化冷态实验系统和冷态试验撞击式多级雾化水煤浆喷嘴主要由内混件、T形喷口、撞击件和雾化头组成设计时充分考虑了喷嘴防水煤浆雾化试验系统流程见图4。堵、良好雾化、使用寿命长及较低汽耗率的要求。根据不同的要求可以设计成不同的容量其结构见图3。流量计雾化室冲洗水空气压缩机水煤浆七水煤浆泵1-1级混合室2-2级混合室3-雾化头4-撞击头5-1级雾化气6-2级雾化气7-3级雾化气图4雾化试验台系统图3撞击式多级雾化水煤浆喷嘴2.1雾化细度分布1.3撞击式多级雾化水煤浆喷嘴的特点图5是设计容量为3500kg/h的撞击式多级雾化1.3.1强化雾化措施水煤浆喷嘴在雾化介质压力0.5MPa雾化工质压力1≥多级雾化。当前级雾化的动量耗尽时喷入后0.6MPa时雾化细度的概率分布曲线。试验结果显级雾化气进一步雾化这样能充分利用雾化气的动量,示通过喷嘴被雾化的工质颗粒大小基本上呈正态分同时延长了雾化时间有效地提高了雾化质量。布雾化细度SMD严均粒径为106m左右(2)加1级T形雾化。T型雾化蒸汽与煤浆垂直图5是在某一特定条件下的试验结果。实际喷嘴相交动量交换较彻底同样量的雾化气汽〕煤浆的雾化细度随负荷大小、气耗率高低、浆压、气压等条件冲击加强减小了气汽耗率。的变化而变化。(3加1个撞击件。根据单孔的设计特点在混合室岀口的正前方加一撞击件使浆气流经正面撞击后从四面反溅再从雾化头的出口孔喷出即在不增加雾3050化气汽的条件下利用浆气流的动能增加1级雾化,提高了煤浆的雾化质量。1.3.2防堵措施由于煤浆在生产、运输、厂內输送、炉前处理等过程中不可避免地会有一些大粒子、杂质等混入而造成粒径/n喷嘴堵塞为此采取如下2个措施(1珈加大浆的通道直径(2將煤浆喷管设计成一段直段以避免一些粗图5喷嘴雾化粒径分布大粒子和杂质在拐弯处积留并堵塞图6是喷嘴雾化细度随负荷的变化规律。从图中1.3.3增加喷嘴寿命的措施(1海每级雾化气汽对称分布这样各股雾化气可以看出墙嘴负荷低于2800kg/h时雾化细度基本〔汽冲击煤浆与煤浆进行动量交换时,由于各股气不变,SMD约在90~100{m。当负荷超过280kg/h汽旒的径向动量大小相等方向相反互相抵消所以时随负荷加大,MD增加。当负荷在3500~4200大大减小了高速气汽旒流冲刷混合室壁面的现象壁kg/h时,SWD约在105~115{m之间。当负荷大于4200kg/h时其雾化粒径急剧增大。面也就不容易磨损。(2在比较容易磨损的部位镶嵌上耐曆材料。技术交流40001500200025003000350040004500浆量th10.480.500.520.540.560.580.60浆压MPa图6z细图7是气耗率对雾化细度的影响。可以看出啧最小1600kg/h均可保持良好的雾化效果。使用该嘴的雾化细度总体上随气耗率的增加而降低当气耗啧喷嘴对锅炉进行了22个工况的调整试验。热平衡试率从14%上升到22%时雾化细度降低较明显。当大验结果显示燃烧效率在889%-99,32%锅炉效率于22%后再增加气耗率对雾化细度影响不大sSMD达89.0%~89.9%。由于雾化质量良好保证了锅值在90-100m之此时负荷较低在3100kgh以炉的低负荷特性在40%负荷下能稳定燃烧4h以上。水煤浆燃烧后95%以上的灰分都随着烟气从炉膛出口排出并通过电除尘分离下来只有不到5%的灰分落入冷灰斗。另外从炉膛观火孔看水煤浆着火距离很近,基本上一出喷口就着,炉内也没有大的火星燃烧火焰均匀、稳定。喷嘴采用过热蒸汽作雾化介质喷嘴前雾化介质压力为0.9~1.3MPa实测汽耗率为22%。3500kg/h撞击式多级雾化水煤浆喷嘴的使用寿12141618命为1000h以上达到工业化应用的要求。气耗率/%图7气耗率4结论2.2流量特性撞击式多级雾化水煤浆喷嘴充分考虑了水煤浆雾图8是啧嘴的流量特性。试验在气压保持0.5化的特殊性没计合理雳化性能好。冷态试验和工程MPa条件下进行。该喷嘴的流量特性比较理想调节应用证明该喷嘴能使水煤浆燃烧稳定、燃烧效率高。较方便。在保持气压稳定的情况下将浆压从0.5喷嘴使用寿命长、调节方便、负荷调节范围大MPa调到0.6MPa浆量从2000kg/h升到4000kg/h该喷嘴的另一个特点是在一定的负荷范围内浆压对雾[参考文献]化细度影响不大因此使用时只需按负荷的要求调节,[1J.w. Allen et al. Atomization of Coal Water Mixtures[ C1不需要考虑浆压的高低。Internation Symposium of CWFn and Utilizati3工程应用情况[2]谢名湖、吕德寿. Comparison of the performance of a cross-seetion of commercial CWF Burners[ C ]. 7th Internation Sympo撞击式多级雾化水煤浆喷嘴应用于山东白杨河电sium of CWF Preparation and Utilization, 1985厂220th锅炉到1990年12月底燃用水煤浆累计达[3] Hiron shinoda[Pl美国专利6998979000多小时共20多万吨其中1999年基本连续运行[4]牧野启二水煤浆燃料的燃烧技朮J]配管技术,986喷嘴的设计容量为3500kg/h最大容量4500kg/h