周 昊, 馬煒晨, 楊 玉, 陳建中
(浙江大學(xué) 能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州 310027)
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低氮煤粉旋流燃燒器火焰特性的研究
周 昊, 馬煒晨, 楊 玉, 陳建中
(浙江大學(xué) 能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州 310027)
為了研究實(shí)際爐膛中旋流燃燒器火焰的特點(diǎn),采用火焰拍攝系統(tǒng)和抽氣測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)一臺(tái)600 MW電站鍋爐上的低氮旋流燃燒器的火焰進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量,分析該低氮旋流燃燒器的火焰形狀、軸向的組分和溫度分布、火焰亮度及溫度隨標(biāo)高的分布規(guī)律等.研究結(jié)果表明:該旋流燃燒器火焰的擴(kuò)展角約為60°,火焰的直徑從燃燒器噴口到下游呈現(xiàn)先增大后減小的特點(diǎn),最大直徑約為1.25 m,在距離燃燒器噴口約1.6 m處,火焰直徑達(dá)到一個(gè)極小值,這是因?yàn)槎物L(fēng)從該位置開(kāi)始混入一次風(fēng).旋流燃燒器火焰的中心區(qū)域?yàn)閹Х鄣囊淮物L(fēng)占據(jù),一次風(fēng)中煤粉在噴入爐膛1.3 m以后開(kāi)始著火.旋流燃燒器噴口附近的火焰為回流區(qū)帶回的揮發(fā)份與二次風(fēng)接觸后燃燒產(chǎn)生.該燃燒器火焰從內(nèi)到外依次可以分為一次風(fēng)區(qū)域、回流區(qū)、高溫火焰區(qū)和二次風(fēng)區(qū).爐膛內(nèi)燃燒器火焰的亮度和溫度隨標(biāo)高的變化特征是先升高后降低,在第三層燃燒器標(biāo)高處達(dá)到最大值.
旋流燃燒器; 火焰; 圖像處理; 抽氣系統(tǒng)
燃煤發(fā)電在我國(guó)的電力生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位.煤粉在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的污染物,如氮氧化物、硫氧化物和微細(xì)顆粒物等.為了降低氮氧化物的排放,低氮煤粉旋流燃燒器在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用.某電廠600 MW鍋爐通過(guò)低氮燃燒器改造能夠?qū)Ox排放控制在265 mg/m3以下[1].為了了解該型旋流燃燒器適合低氮排放的火焰特征,開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)火焰參數(shù)測(cè)試.雖然該鍋爐運(yùn)行時(shí)的整體參數(shù)表明該旋流燃燒器性能優(yōu)越,但是獲取燃燒器區(qū)域的火焰參數(shù)能夠加深對(duì)低氮燃燒過(guò)程的理解.
火焰測(cè)量的方法有很多,干涉式探針測(cè)量方法常被用于現(xiàn)場(chǎng)火焰測(cè)量.該方法能夠在惡劣的環(huán)境下工作,適合于逐點(diǎn)測(cè)量煙氣組分、溫度和顆粒物等參數(shù)[2].很多煤粉旋流燃燒器火焰的測(cè)量都采用該方法[3-5].近年來(lái),伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和CCD相機(jī)取得的巨大進(jìn)步,基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的火焰監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展.Yan等[6]采用火焰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)1MW煤粉燃燒試驗(yàn)臺(tái)上的火焰圖像進(jìn)行采集,分析火焰的幾何和亮度參數(shù)隨負(fù)荷、一次風(fēng)質(zhì)量流量和顆粒大小的變化特點(diǎn).Lu等[7-8]采用基于可視化的測(cè)量技術(shù)研究燃燒試驗(yàn)臺(tái)上的煤和生物質(zhì)摻燒火焰,分析著火點(diǎn)、亮度、溫度以及振動(dòng)頻率等隨著生物質(zhì)種類和摻混比的變化特點(diǎn),結(jié)合傳統(tǒng)的火焰測(cè)量技術(shù)如熱電偶和煙氣分析儀分析摻燒火焰的特征.Zhou等[9]采用火焰圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鍋爐內(nèi)部溫度場(chǎng)的測(cè)量和三維重建,分析爐膛內(nèi)部的溫度隨鍋爐負(fù)荷的變化特點(diǎn).關(guān)于電站鍋爐煤粉旋流燃燒器火焰的圖像化研究很少.
本文將數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用于某600 MW燃煤鍋爐的低氮旋流燃燒器的火焰監(jiān)測(cè),獲取了不同標(biāo)高的燃燒器火焰圖像.結(jié)合抽氣系統(tǒng)測(cè)得的旋流燃燒器軸向煙氣組分和溫度分布特點(diǎn),分析該低氮旋流燃燒器的燃燒特性以及燃燒器火焰亮度和溫度隨標(biāo)高的變化特點(diǎn).
圖1 低氮旋流燃燒器示意圖Fig.1 Schematic diagram of low NOx swirl burner
如圖1所示為一款新型低氮旋流燃燒器.該燃燒器從中心向外側(cè)依次布置有中心風(fēng)管道、一次風(fēng)管道、內(nèi)二次風(fēng)管道和外二次風(fēng)管道.一次風(fēng)中設(shè)置一個(gè)文丘里喉部和煤粉分割環(huán),用于將煤粉濃縮至靠近中心風(fēng)的內(nèi)側(cè),形成內(nèi)濃外淡的煤粉分布結(jié)構(gòu).內(nèi)、外二次風(fēng)皆為旋流,分別通過(guò)軸向葉片和切向葉片來(lái)實(shí)現(xiàn).將該新型的低氮旋流燃燒器應(yīng)用于一臺(tái)600 MW的燃煤鍋爐上.采用前、后墻對(duì)沖布置,前、后墻上各布置4排4列的16只燃燒器,合計(jì)布置了32只旋流燃燒器.
圖2 600 MW燃煤鍋爐側(cè)視圖Fig.2 Side view of 600 MW furnace
如圖2所示為該鍋爐燃燒器區(qū)域的側(cè)視圖.相鄰兩排煤粉旋流燃燒器之間的高度差為3 843 mm,最下層燃燒器與冷灰斗折角處的距離為3 007 mm,最上層燃燒器與上部燃盡風(fēng)噴口的高度差為3 509 mm.側(cè)墻上有8個(gè)觀火孔,靠近前墻的從下至上依次編號(hào)為F1、F2、F3和F4,靠近后墻的從下至上依次編號(hào)為R1、R2、R3和R4.觀火孔的標(biāo)高與對(duì)應(yīng)的燃燒器標(biāo)高相同,觀火孔距離前墻或后墻的距離為657 mm,靠近側(cè)墻的旋流燃燒器與側(cè)墻的距離為3 763 mm.
在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,鍋爐燃用的煙煤煤質(zhì)參數(shù)如表1所示.磨煤機(jī)A、B、C和D的負(fù)荷依次為70.2、62.0、63.6和58.6 t/h,分別給第1~4層燃燒器送粉,機(jī)組負(fù)荷為620 MW,一次風(fēng)溫度為70 ℃,總的送風(fēng)量為2 071 t/h,末級(jí)過(guò)熱器的出口蒸汽壓力為25.1 MPa,蒸汽溫度為545 ℃,蒸汽流量為1 984 t/h.
表1 工業(yè)分析和發(fā)熱量(收到基)
2.1 火焰拍攝系統(tǒng)
如圖3所示,火焰拍攝系統(tǒng)由光路系統(tǒng)、CCD相機(jī)、光路保護(hù)套管和相機(jī)保護(hù)套組成.燃煤鍋爐的火焰被較厚的水冷壁包圍,CCD相機(jī)無(wú)法直接放入爐膛來(lái)拍攝火焰,因此需要一段光路系統(tǒng)將爐膛內(nèi)部的火焰圖像導(dǎo)出到爐膛外部,以便CCD相機(jī)記錄.光路系統(tǒng)包含一根鋼管和光學(xué)鏡片組,光路系統(tǒng)的末端連接CCD相機(jī).光路系統(tǒng)外圍設(shè)有環(huán)形水冷套管,套管內(nèi)有壓縮空氣通道和冷卻水通道.壓縮空氣從壓縮空氣入口進(jìn)入,從光路系統(tǒng)的前端噴出,主要起到冷卻和吹掃光路前端的鏡頭、防止積灰結(jié)焦等作用.冷卻水從光路末端進(jìn)入外套管,流至光路前端再經(jīng)內(nèi)套管流回光路末端,最后從出口流出.水冷系統(tǒng)在火焰測(cè)槍插入爐膛的時(shí)候起到保護(hù)光路系統(tǒng)的作用.CCD相機(jī)的型號(hào)為UI-1640-C,最大分辨率為1 280×1 024像素,高寬比為5∶4,精確感光面積為4.61 mm×3.69 mm,相機(jī)的前端配有一段用于調(diào)節(jié)光圈和焦距的鏡頭.
圖3 火焰拍攝系統(tǒng)Fig.3 Flame monitoring system
圖4 溫度和Crg的擬合關(guān)系曲線Fig.4 Fitting curve of temperature vs. Crg
利用雙色法原理,火焰拍攝系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤粉火焰溫度的測(cè)量[10],即通過(guò)獲取黑體爐不同溫度下的CCD相機(jī)記錄的R、G、B值,擬合出溫度θ與Crg=R/G之間的函數(shù)關(guān)系[11].如圖4所示為擬合曲線,θ與Crg之間的關(guān)系式如下:
41 107.737Crg-13 177.225.
(1)
為了便于從拍攝的火焰圖像上分析火焰的直徑和長(zhǎng)度等尺寸參數(shù),需要知道圖像上每個(gè)像素點(diǎn)代表的實(shí)際距離.CCD相機(jī)拍攝的實(shí)物圖像會(huì)發(fā)生一定的變形,因此需要對(duì)該圖像進(jìn)行標(biāo)定,確定不同位置的變形程度.如圖5所示為圖像上距離的標(biāo)定結(jié)果.圖中,dr、di分別為實(shí)際距離和圖像距離,虛線表示沒(méi)有變形發(fā)生時(shí)的情況,偏離虛線越多,表明變形量越大.
圖5 圖像上距離的標(biāo)定Fig.5 Calibration curve of distance on image
2.2 抽氣測(cè)溫系統(tǒng)
為了對(duì)旋流燃燒器火焰的溫度和組分進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量,采用高溫抽氣系統(tǒng)、熱電偶和Testo 350煙氣分析儀對(duì)旋流燃燒器軸向的煙氣溫度和組分進(jìn)行測(cè)量.高溫抽氣系統(tǒng)為德國(guó)PAUL GOTHE BOCHUM公司生產(chǎn),如圖6所示.該系統(tǒng)由水冷單元、抽氣單元、溫度測(cè)量單元和煙氣組分測(cè)量單元組成.水冷單元由水冷套管和冷卻水軟管組成,水冷套管的長(zhǎng)度為5.5 m.抽氣單元將爐膛內(nèi)高溫的煙氣抽出,高溫?zé)煔饨?jīng)水冷套管、冷卻盤管、過(guò)濾和冷凝器,最后由引射器噴出.溫度測(cè)量單元由B型鉑銠熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線和萬(wàn)用表組成,熱電偶的外圍設(shè)置有陶瓷套管,起到減少爐內(nèi)煙氣與熱電偶之間的輻射換熱的作用.為了使熱電偶測(cè)量的煙氣溫度更準(zhǔn)確,須提高陶瓷套管內(nèi)熱電偶測(cè)溫點(diǎn)附近的煙氣流速.用壓縮空氣和引射器來(lái)實(shí)現(xiàn)較大的煙氣抽吸能力,使陶瓷套管內(nèi)熱電偶測(cè)溫點(diǎn)附近的煙氣流速達(dá)到80 m/s.在測(cè)量煙氣組分的時(shí)候,不需要煙氣流速很大,因此用隔膜泵代替引射器,將爐膛內(nèi)的煙氣抽出,并用Testo 350 煙氣分析儀測(cè)量煙氣的組分的濃度,包括氧氣、一氧化碳、氮氧化物和二氧化碳.
圖6 高溫抽氣系統(tǒng)[12]Fig.6 Gas extrating system for high temperature conditions[12]
如圖7所示為R2觀火孔觀測(cè)到的旋流燃燒器的火焰圖像.可以看出,該火焰的擴(kuò)展角α約為60°,比燃燒器一次風(fēng)出口的擴(kuò)錐角度50°增大了10°.火焰根部的直徑約為0.75 m,比燃燒器一次風(fēng)管直徑0.606 m略大.該燃燒器的火焰先擴(kuò)張,達(dá)到最大值D= 1.25 m;隨后火焰逐漸收縮,在與噴口的距離L= 1.6 m處出現(xiàn)火焰的束腰.此后,燃燒器的火焰再次擴(kuò)張,由于測(cè)槍視野范圍所限,下游區(qū)域的火焰圖像無(wú)法捕捉到.
圖7 旋流燃燒器火焰的尺寸Fig.7 Size of flame of swirl burner
圖8 燃燒器軸向上O2, CO, NO的體積分?jǐn)?shù)分布以及溫度分布Fig.8 Distribution of temperature and mole fraction of O2, CO, NO along axis of burner
如圖8所示為鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)旋流燃燒器軸線方向上的溫度和煙氣組分分布.從溫度分布曲線可以看出,從旋流燃燒器的出口到距離出口1.3 m的范圍內(nèi),煙氣的溫度很低,維持在300 ℃以下.從圖7可以看出,旋流燃燒器的出口處形成了劇烈燃燒的火焰,因此可以認(rèn)為火焰的中心區(qū)域?yàn)橹行娘L(fēng)和一次風(fēng),這驗(yàn)證了文獻(xiàn)[1]的數(shù)值模擬結(jié)果.實(shí)際上,旋流燃燒器噴口附近的火焰為回流區(qū)帶回的揮發(fā)份與二次風(fēng)接觸后燃燒產(chǎn)生.
距離噴口1.3 m以后的煙氣溫度迅速上升,距離噴口2.1 m處的煙氣溫度達(dá)到1 233 ℃.在火焰收腰處,即距離噴口1.6 m處的煙氣溫度為733 ℃,可以認(rèn)為火焰中心的煤粉已經(jīng)點(diǎn)燃.
如圖8所示為旋流燃燒器軸向的氧氣體積分?jǐn)?shù)分布.在燃燒器出口的一段距離內(nèi),氧氣體積分?jǐn)?shù)維持在20%左右,這段區(qū)域內(nèi)氧氣沒(méi)有消耗,表明沒(méi)有熱解或燃燒發(fā)生.氧氣體積分?jǐn)?shù)在距離噴口1.3 m處開(kāi)始下降,一直降低到3%以下.氧氣體積分?jǐn)?shù)開(kāi)始下降的位置與煙氣溫度升高的位置相同,氧氣的變化特性表明,帶粉一次風(fēng)噴入爐膛后維持較長(zhǎng)一段距離而不發(fā)生反應(yīng),在距離燃燒器噴口1.3~1.6 m的范圍內(nèi),煤粉開(kāi)始著火并燃燒.
圖8的一氧化碳體積分?jǐn)?shù)分布情況表明,一氧化碳體積分?jǐn)?shù)升高的位置與溫度升高的位置相同,在距離燃燒器噴口1.8 m處達(dá)到最大值,然后逐漸降低.一氧化碳這種先升后降的趨勢(shì)可能是由于前期氧氣不足,熱解出來(lái)的一氧化碳沒(méi)有被氧化所以逐漸升高,后期二次風(fēng)混入一次風(fēng),生成的一氧化碳被氧氣氧化而消耗掉,所以逐漸降低.一氧化碳是一種還原性氣體,它的存在能夠直接反映出爐膛局部的燃燒狀態(tài),折算到6%氧量下的NO體積分?jǐn)?shù)分布情況,如圖8所示.NO體積分?jǐn)?shù)的升高與溫度的升高密切相關(guān),NO體積分?jǐn)?shù)在距離噴口1.1 m處開(kāi)始升高,測(cè)得的最大值大于4.96×10-4,而實(shí)際的鍋爐出口的NOx排放質(zhì)量濃度小于300 mg/m3.這表明低氮旋流燃燒器對(duì)氮氧化物的貢獻(xiàn)體現(xiàn)于在整個(gè)燃燒器區(qū)域形成一個(gè)較大的還原性氣氛區(qū),使生成的氮氧化物被還原性氣氛還原,鍋爐整體的氮氧化物體積分?jǐn)?shù)降低.
如圖9所示為用火焰測(cè)槍從鍋爐側(cè)墻的8個(gè)觀火孔拍攝到的旋流燃燒器火焰的圖像.在采集火焰圖像的過(guò)程中,相機(jī)的設(shè)置參數(shù)保持一致.火焰圖像上某一像素點(diǎn)i的亮度Ii定義為該像素點(diǎn)的R、G和B三個(gè)通道數(shù)值的平均值[13]:
Ii=(Ri+Gi+Bi)/3.
(2)
式中:Ri、Gi和Bi分別為該像素點(diǎn)i的R、G和B通道的數(shù)值.火焰的整體亮度I定義為火焰圖像中所有像素點(diǎn)的平均亮度[13]:
I=(I1+I2+ … +In)/n.
(3)
式中:n為火焰圖像中像素點(diǎn)的數(shù)量.火焰的整體溫度θ定義為火焰圖像中所有像素點(diǎn)的平均溫度[14]:
θ=(θ1+θ2+ … +θn)/n.
(4)
式中:θi為火焰圖像中某個(gè)像素點(diǎn)的溫度.
圖9 火焰圖像Fig.9 Images of flame
爐膛內(nèi)部的傳熱方式以輻射為主.從圖9可以看出,F1和R1的火焰圖像亮度較暗,火焰的邊界沒(méi)有其他層的火焰清晰.主要原因是F1和R1是最底層燃燒器,距離冷灰斗3.007 m,燃燒器火焰向四周輻射傳熱,只接受該層燃燒器上方火焰向下的輻射傳熱.此外,在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有大量未燃盡的煤粉或灰顆粒在底層燃燒器區(qū)域沖刷,會(huì)遮擋火焰測(cè)槍的鏡頭.F2和R2燃燒器的火焰比F1和R1燃燒器的火焰亮度高,火焰邊界較清晰,原因是該層燃燒器的上、下方都有獨(dú)立火焰的存在,能夠接受上、下方燃燒器的輻射傳熱,使該層燃燒器火焰的環(huán)境溫度較高,燃燒較劇烈,煤粉顆粒的燃盡程度較高.第三層燃燒器的火焰F3和R3亮度分別在前、后墻達(dá)到最大.第四層燃燒器的火焰F4和R4的亮度比F3和R3的亮度較低,因?yàn)镕4和R4上方的3.509 m處有冷的燃盡風(fēng)噴入.該層較冷燃盡風(fēng)對(duì)F4和R4的輻射傳熱量很小,因此F4和R4的火焰溫度降低.
如圖10所示為采用雙色法處理獲得的后墻上4層燃燒器溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律.R1燃燒器火焰的溫度最低,平均溫度約為1 387 ℃,波動(dòng)幅度最大.R2燃燒器的平均溫度為1 453 ℃,R3燃燒器的平均溫度最大,達(dá)到1 493 ℃.R4燃燒器的溫度回落至1 465 ℃.R2~R4火焰的波動(dòng)幅度較小,表明這3層燃燒器的火焰較穩(wěn)定.此外,R1~R4火焰的溫度分布規(guī)律與圖9的火焰亮度分布規(guī)律一致.
圖10 后墻上的4個(gè)燃燒器溫度隨時(shí)間的變化Fig.10 Temperature variations of four swirl burners on rear wall with time
圖11 火焰亮度隨標(biāo)高的變化Fig.11 Variation of flame brightness with elevation
如圖11所示為從側(cè)墻8個(gè)觀火孔測(cè)量到的燃燒器區(qū)域火焰亮度I在4 s時(shí)間內(nèi)的平均值和波動(dòng)范圍.可以看出,從標(biāo)高18.351 m到26.037 m,火焰亮度逐漸增大,在第3層燃燒器標(biāo)高處達(dá)到最大值,隨后火焰的亮度降低.火焰亮度的變化趨勢(shì)與火焰的溫度變化趨勢(shì)相同.前、后墻上燃燒器火焰亮度不同,后墻上燃燒器火焰亮度比前墻上燃燒器火焰亮度高.這表明在鍋爐內(nèi),不僅不同標(biāo)高處燃燒器火焰燃燒狀態(tài)有差異,同一標(biāo)高、不同位置的燃燒器火焰特性也存在巨大的差異.
本文采用火焰拍攝系統(tǒng)和抽氣測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)一臺(tái)600 MW電站鍋爐上的低氮旋流燃燒器的火焰進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量,分析該低氮旋流燃燒器的火焰形狀、軸向的組分和溫度分布、火焰亮度及溫度隨標(biāo)高的分布規(guī)律等.
研究結(jié)果表明,該低氮燃燒器火焰的擴(kuò)展角約為60°,火焰的直徑先增大后減小,最大直徑約為1.25 m,在距離噴口約1.6 m處火焰直徑達(dá)到最小值,這是因?yàn)槎物L(fēng)開(kāi)始混入一次風(fēng),補(bǔ)充一次風(fēng)中煤粉燃燒所需的氧氣.旋流燃燒器火焰的中心區(qū)域?yàn)閹Х鄣囊淮物L(fēng)占據(jù),一次風(fēng)中煤粉在噴入爐膛1.3 m以后開(kāi)始著火.旋流燃燒器噴口附近的火焰為回流區(qū)帶回的揮發(fā)份與二次風(fēng)接觸后燃燒產(chǎn)生.
燃燒器火焰的圖像能夠代表燃燒器的燃燒狀態(tài),爐膛內(nèi)燃燒器火焰的亮度和溫度隨標(biāo)高的變化特征是先升高后降低,在第3層燃燒器標(biāo)高處達(dá)到最大值.爐膛內(nèi)部的傳熱方式以輻射為主,底層燃燒器和頂層燃燒器向外輻射熱量多而接受的輻射熱量少,因此亮度和溫度相對(duì)中間兩層燃燒器較低.不同標(biāo)高處的燃燒器火焰燃燒狀態(tài)存在差異,為了全面檢測(cè)鍋爐內(nèi)部最關(guān)鍵的燃燒器區(qū)域,需要對(duì)每個(gè)燃燒器的火焰進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè).
[1] ZHOU H, YANG Y, LIU H, et al. Numerical simulation of the combustion characteristic of a low NOxswirl burner: influence of the primary air pipe [J]. Fuel, 2014, 130: 168-176.
[2] JAVIER B, TATIANA G. Diagnostic techniques for the monitoring and control of practical flames [J]. Progress in Energy and Combustion Science, 2010, 36(4):375-411.
[3] JING J, LI Z, CHEN Z, et al. Study of the influence of vane angle on flow, gas species, temperature, and char burnout in a 200 MWe lignite-fired boiler [J]. Fuel, 2010, 89(8): 1973-1984.
[4] GODOY S, HIRJI K A, LOCKWOOD F C. Combustion measurements in a pulverized coal-fired furnace [J]. Combustion Science and Technology, 1988, 59(1-3): 165-182.
[5] ZHOU H, REN T, HUANG Y, et al. Low-NOxmodification of a heavy fuel oil swirl burner based on semi-industrial scale experimental tests [J]. Energy and Fuels, 2013, 27(9): 5029-5035.
[6] YAN Y, LU G, COLECHIN M. Monitoring and characterization of pulverized coal flames using digital imaging technique [J]. Fuel, 2002, 81(5): 647-655.
[7] LU G, YAN Y, CORNWELL S, et al. Impact of co-firing coal and biomass on flame characteristics and stability [J]. Fuel, 2008, 87(7): 1133-1140.
[8] MOLCAN P, LU G, LE BRIS T, et al. Characterisation of biomass and coal co-firing on a 3 MWth combustion test facility using flame imaging and gas/ash sampling techniques [J]. Fuel, 2009, 88(12): 2328-2334.
[9] ZHOU H, LOU C, CHEN Q, et al. Experimental investigations on visualization of three-dimensional temperature distributions in a large-scale pulverized-coal-fired boiler furnace [J]. Proceedings of the combustion Institute, 2005, 30: 1699-1706.
[10] JIANG Z, LUO Z, ZHOU H. A simple measurement method of temperature and emissivity of coal-fired flames from visible radiation image and its application in a CFB boiler furnace [J]. Fuel, 2009, 88(6):980-987.
[11] 周昊,林阿平,周斌,等.基于圖像處理的灰渣溫度場(chǎng)及生長(zhǎng)特性[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版, 2013, 47(4): 669-674. ZHOU Hao, LIN A-ping, ZHOU Bin, et al. Characteristic of ash deposit growth and temperature field by image processing [J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2013, 47(4): 669-674.
[12] PAUL GOTHE BOCHUM. Manual for pyrometer [EB/OL]. 2015-02-12. http:∥www.paulgothe.de.
[13] 湯琪.基于數(shù)字圖像的火焰測(cè)量及煤質(zhì)識(shí)別[D].杭州: 浙江大學(xué), 2014. TANG Qi. Flame measurement and coal identification based on digital image [D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2014.
Investigation of flame characteristics of low NOxswirl burner
ZHOU Hao, MA Wei-chen, YANG Yu, CHEN Jian-zhong
(StateKeyLaboratoryofCleanEnergyUtilization,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)
A flame monitoring system and an air extracting system were used to measure eight swirl burners arranged close to a side wall of a 600 MW pulverized-coal utility boiler in order to analyze the flame characteristics of swirl burners. The size of flame, temperature distribution and gas compositions along the axis of the burner, flame brightness and temperature along the elevation were analyzed. Results showed that the expansion angle of the burner flame was about 60°. The diameter of the flame increased firstly and then decreased downstream from the burner outlet, and the maximum diameter was about 1.25 m. The flame diameter reached a minimum value about 1.6 m from the burner outlet, where the secondary air became to mix with the primary air. The central region of the flame was occupied by the primary air with coal particles, which were ignited about 1.3 m downstream of the burner outlet. The peripheral high temperature region was the result of the combustion of volatiles brought back by the recirculation region. Both the brightness and temperature of the flame in the furnace firstly increased and then decreased with the increasing of the elevation. The maximum value of the brightness and temperature emerged at the third layer of burners.
swirl burner; flame; image processing; gas extracting system
2015-03-27. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)網(wǎng)址: www.journals.zju.edu.cn/eng
國(guó)家“973”重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃資助項(xiàng)目(2015CB251501).
周昊( 1973-), 男, 教授, 博導(dǎo), 從事煤的低污染優(yōu)化燃燒技術(shù)研究. ORCID: 0000-0001-9779-7703. E-mail: zhouhao@cmee.zju.edu.cn
10.3785/j.issn.1008-973X.2016.04.014
TK 0
A
1008-973X(2016)04-0698-06