正是由于這些突出的優點,高濃度煤粉使燃燒過程強化和火焰穩定,它的突出表現是煤粉濃度提高后整個爐膛溫度水平提高了。
在兩相系統中燃燒反應是比較復雜的。在較稀的煤粉氣流中,煤粉燃燒基本上屬于多相反應。隨著煤粉濃度的增加,有多相燃燒,也有均相燃燒以及聯合著火或聯合燃燒。
高濃度煤粉燃燒反應過程中氧化濃度影響的研究也是令人感興趣的。氧的含量是多好還是少好,在反應區中應維持多大的氧量才是適度的,這些都將是下面重點討論的問題。
由于揮發分較易燃燒,而煙煤揮發分所產生的熱量占總發熱量的40%左右,因而比揮發分所產生的熱量僅占總發熱量約12%的無煙煤容易著火。即使在較小的煙氣回流量下,也能夠穩定燃燒。
總之,高濃度煤粉燃燒時NO的生成需要考慮到煤粒周圍大量的CO氣體和大量的揮發分氣體存在。
在可控渦穩燃器中,由于附加射流在回流區邊界附近有較大的速度梯度和湍流強度,動量交換、質量交換和熱量交換被強化了。
如果在噴口端加裝鈍體,火焰將分成兩股。由于尾跡回流區存在負的壓力梯度,會使這兩股射流在某一距離處收攏、匯合(后駐點),合并成更為擴大的火焰,恢復單股火焰的特征。
煤粉氣流的速度越高,從回流區中帶走的熱量就越多,于是回流區的溫度就降下來了,甚至火焰溫度也降低了。
以上事實表明,煤粉一空氣火焰穩定的關鍵是:煤粉顆粒揮發分的析出和回流區中的熱煙氣回流使燃料提前著火。
從圓柱上的分離點可以連兩條曲線,一條是把回流區內速度為零的各點連起來,如5r稱為零速度線
起的對流傳熱。這時,著火前沿將不再是平的,而且反應物也不再是預混了的。已有試驗證明,再循環卷吸對于熱量的反向流起的作用是相當可觀的。
對鈍體的研究,人們首先關心的是它的尾跡區的回流區形狀,并且希望知道什么結構因素對它的影響非常大。
鈍體尾跡中煤粉的燃燒過程比均勻混氣和液體燃料更加復雜,除了一般的穩燃機理外,例如均勻混氣的回流區穩燃理論,由于煤粉燃燒過程的特殊性,它在鈍體尾跡中的穩燃過程還有其他的特殊規律,需要加以深入研究。
湍流強度分布的特點是在回流區的邊界上湍流強度非常大,非常大值已超過60%,達68%左右,這里正是熱量、質量和動量交換較強烈的地方,也是燃料著火的前沿,有兩條明亮的火焰,即使在中心線附近,湍流強度也達到50%。
著火是煤粉初期燃燒的關鍵,而初期燃燒又是整個燃燒過程的關鍵。若進入燃燒室的煤粉不能在短時間內及時著火、放出大量的熱量,就會影響整個燃燒過程的發展,因此要達到充分的燃盡程度,首先要有良好的著火條件。
煤粒在著火前加熱時,顆粒的溫度并不是處處都相同的。實際上,當它受外界加熱的過程中,顆粒的中心溫度比表面溫度低。
在鈍體的尾跡卻恰恰相反,由于回流區的存在及顆粒沉聚,回流介質的熱量(高溫煙氣)由于界面上的強烈脈動,會直接向濃度大的區域輸運。
煤粉燃燒技術的發展是步步深入的,較近出現的可控渦煤粉燃燒器和穩燃腔煤粉燃燒器。能夠適應更差的劣質煤燃燒的要求。
以上研究表明,激光粒子動態分析儀不僅能給出粒子濃縮的最終結果--顆粒濃度分布,而且能給出動態結果--顆粒正向或反向的流動數量,進一步給出顆粒大小的分布--直徑分布。
因為這短短的時間內揮發分大量析出,固定碳同時快速燃燒。一般煤粉在爐膛內燃燒停留時間為1s,但在不到0.15s時間內,揮發分析出已超過90%,固定碳已燒去70%。
事實上,來自火焰前沿的輻射并不是單方向的。適用于無窮大平面系統的這一單方向輻射的假定所引起的誤差,將在下一段中加以討論。
首先研究回流區對煤粉的點燃作用。無論對于什么燃料,回流區這個蓄熱體總是一個穩定的點火熱源。Kundu從熱平衡的觀點推導出回流區所擁有的熱量。
在湍流燃燒充分發展區,火焰由過渡區的收縮又擴展開來。大容量鍋爐鈍體燃燒器煤粉火焰的測量發現,這個完全燃燒區有一個層次分明的分界面。
這里僅研究鈍體回流區對可燃混合物火焰穩定的影響??扇蓟旌衔锸侵笟怏w和液體燃料的均相燃燒,這是一個非常簡化的物理模型。
通過湍流的熱量交換和質量交換,使新鮮可燃混氣不斷被加熱、著火,逐漸燒掉另一部分燃料,于是火焰鋒面再展開,直至把燃料全部燒掉。