正是由于这些突出的优点,高浓度煤粉使燃烧过程强化和火焰稳定,它的突出表现是煤粉浓度提高后整个炉膛温度水平提高了。
在两相系统中燃烧反应是比较复杂的。在较稀的煤粉气流中,煤粉燃烧基本上属于多相反应。随着煤粉浓度的增加,有多相燃烧,也有均相燃烧以及联合着火或联合燃烧。
高浓度煤粉燃烧反应过程中氧化浓度影响的研究也是令人感兴趣的。氧的含量是多好还是少好,在反应区中应维持多大的氧量才是适度的,这些都将是下面重点讨论的问题。
由于挥发分较易燃烧,而烟煤挥发分所产生的热量占总发热量的40%左右,因而比挥发分所产生的热量仅占总发热量约12%的无烟煤容易着火。即使在较小的烟气回流量下,也能够稳定燃烧。
总之,高浓度煤粉燃烧时NO的生成需要考虑到煤粒周围大量的CO气体和大量的挥发分气体存在。
在可控涡稳燃器中,由于附加射流在回流区边界附近有较大的速度梯度和湍流强度,动量交换、质量交换和热量交换被强化了。
如果在喷口端加装钝体,火焰将分成两股。由于尾迹回流区存在负的压力梯度,会使这两股射流在某一距离处收拢、汇合(后驻点),合并成更为扩大的火焰,恢复单股火焰的特征。
煤粉气流的速度越高,从回流区中带走的热量就越多,于是回流区的温度就降下来了,甚至火焰温度也降低了。
以上事实表明,煤粉一空气火焰稳定的关键是:煤粉颗粒挥发分的析出和回流区中的热烟气回流使燃料提前着火。
从圆柱上的分离点可以连两条曲线,一条是把回流区内速度为零的各点连起来,如5r称为零速度线
起的对流传热。这时,着火前沿将不再是平的,而且反应物也不再是预混了的。已有试验证明,再循环卷吸对于热量的反向流起的作用是相当可观的。
对钝体的研究,人们首先关心的是它的尾迹区的回流区形状,并且希望知道什么结构因素对它的影响非常大。
钝体尾迹中煤粉的燃烧过程比均匀混气和液体燃料更加复杂,除了一般的稳燃机理外,例如均匀混气的回流区稳燃理论,由于煤粉燃烧过程的特殊性,它在钝体尾迹中的稳燃过程还有其他的特殊规律,需要加以深入研究。
湍流强度分布的特点是在回流区的边界上湍流强度非常大,非常大值已超过60%,达68%左右,这里正是热量、质量和动量交换较强烈的地方,也是燃料着火的前沿,有两条明亮的火焰,即使在中心线附近,湍流强度也达到50%。
着火是煤粉初期燃烧的关键,而初期燃烧又是整个燃烧过程的关键。若进入燃烧室的煤粉不能在短时间内及时着火、放出大量的热量,就会影响整个燃烧过程的发展,因此要达到充分的燃尽程度,首先要有良好的着火条件。
煤粒在着火前加热时,颗粒的温度并不是处处都相同的。实际上,当它受外界加热的过程中,颗粒的中心温度比表面温度低。
在钝体的尾迹却恰恰相反,由于回流区的存在及颗粒沉聚,回流介质的热量(高温烟气)由于界面上的强烈脉动,会直接向浓度大的区域输运。
煤粉燃烧技术的发展是步步深入的,较近出现的可控涡煤粉燃烧器和稳燃腔煤粉燃烧器。能够适应更差的劣质煤燃烧的要求。
以上研究表明,激光粒子动态分析仪不仅能给出粒子浓缩的最终结果--颗粒浓度分布,而且能给出动态结果--颗粒正向或反向的流动数量,进一步给出颗粒大小的分布--直径分布。
因为这短短的时间内挥发分大量析出,固定碳同时快速燃烧。一般煤粉在炉膛内燃烧停留时间为1s,但在不到0.15s时间内,挥发分析出已超过90%,固定碳已烧去70%。
事实上,来自火焰前沿的辐射并不是单方向的。适用于无穷大平面系统的这一单方向辐射的假定所引起的误差,将在下一段中加以讨论。
首先研究回流区对煤粉的点燃作用。无论对于什么燃料,回流区这个蓄热体总是一个稳定的点火热源。Kundu从热平衡的观点推导出回流区所拥有的热量。
在湍流燃烧充分发展区,火焰由过渡区的收缩又扩展开来。大容量锅炉钝体燃烧器煤粉火焰的测量发现,这个完全燃烧区有一个层次分明的分界面。
这里仅研究钝体回流区对可燃混合物火焰稳定的影响。可燃混合物是指气体和液体燃料的均相燃烧,这是一个非常简化的物理模型。
通过湍流的热量交换和质量交换,使新鲜可燃混气不断被加热、着火,逐渐烧掉另一部分燃料,于是火焰锋面再展开,直至把燃料全部烧掉。