燃烧特性的试验研究平流生物质燃烧机及螺纹空气雾化喷咀
继COM基础物理特性、制备以及电厂利用COM的台架试验之后，于19 81年在上海杨树浦电厂30号炉上装了一只专烧COM的生物质燃烧机，并进行了燃烧试验。
一、试验设备简介
（一）燃烧设备
1． 平流燃烧器
杨厂四台100吨／时中压燃油炉均采用10支油枪，每支油枪出力为700公斤／时。相当大庆原油和平顶山统煤各50%的COM的出力为o:u公斤／时，因此COM平流燃烧器的设计参数如下：
COM浓度k=50%，发热量QyCOM= 8053大卡／公斤，理论燃烧空气量V CoOM =8.5标米s／公斤，风温t=190℃，风压Pr，-100毫米水柱，通过燃烧器的风量V=4米3／秒(占总风量的20%)。设计的二次风速W2=50米／秒，通过稳燃器的一次风速Wl=25米／秒，一次风比Yi =18%。燃烧器二次风道外径D= 400毫米，稳燃器直径比d/D=0.68，阻力系数§=4.i2，叶片数Z=12个，叶片复盖度f=1.6，叶片角度0
2． 螺纹喷咀
为减缓磨损和防止堵塞，采用了试制的螺纹啧咀【l】。芯子是三头全螺距，喷咀孔径采用中8、①10毫米两种。
3． 空气雾化器
试用过三种雾化器：
(1) 内径①70m m,双切逆转旋流雾化器
(2) 内径中50 m m,双切顺转旋流雾化器
(3)内径中50m m,内切向，外轴向逆转旋流雾化器 其结果(3)雾化器的火星很多，燃烧不良， (2)雾化器因内径偏小，当出力大时喷不出去，有向油枪套管导油现象。因此这次试验采用(1)雾化器，其结构旋流强度ntt=0.53，nt2=0.84，雾化器的阻力系数§。= 2.67，一次雾化风比丫l，=41.6%，雾化风量占总风量的io%。[z1
（二）测量仪表
1． COM出力，由贮存箱液位变化算出体积乘以比重求得。
2． 油压由0.4级标准压力测量。
3． 雾化风量由翼形管测量。
4． 总风量由火焰测点处的空气过剩系数和燃料量估算求出。
5． 火焰烟气分析，用奥氏仪测三原子气体和氧，用色层分析仪测可燃气体CO和H。，氧化锆氧量计为辅助测量并作为调节风量的依据。
6．碳黑取样，用近似等速火焰取样管。水冷火焰等速取样管结构如图2。
取样管用热敏风速仪做过标定，其进口阻力系数毫=2.41，速度系数K = 1.05。取样管等速取样的条件是： 1)式中：AP-取样管内外静压差，
APx-火焰测点处的动压。
一、试验结果及其分析
（一）试验条件
试验用的COM是由大庆原油和平顶山统煤混制而成的[3]，煤粉是钢球磨磨制的。通过200目的筛孔昀粉量为75%。为调节油或COM的粘度用套管式蒸汽加热器加热。用三螺杆泵向喷咀输送油或COM。试验油压一般为2-6公斤／厘米2，其决定于喷咀的大小，出力和COM浓度。风温约为180℃。试验炉是顶喷的U型炉膛。虽然试验燃烧器位于炉下，距主生物质燃烧机较，但仍有干扰，且炉底漏风较大，因此对试验会有一定影响，但因取样点是在火焰中，估计其影响不会很大。 ，
（二）COM燃烧试验
1． 空气过剩系数
火焰测点位于燃烧器出口轴线上的1.4正5米处，接近火焰尾部，约在整个火焰长度的415处。因为煤、油和COM各自所含元素Z‘的数量不同，将影响它们各自的燃烧理论空气量及所产生的烟气体积，因此在利用烟气t．中的Oz计算空气过剩系数时，应分别用图3上的公式进行计算。但当过剩氧小于6%时，三者数值基本相同。但因其测点处燃烧^2尚未完全结束，qs和q4都很大，所以应考虑qs和q4的影响。
试验中，保持喷咀出力、油溢，风温以及雾化风压不变，只改变二次风量，测量火焰测点处的机械未燃烬度q4和化学未燃烬度q。，以研究不同空气过剩系数a对COM燃烧的影响。煤粉浓度为42%的COM试烧结果如图。
COM具有一般燃油和燃煤的特点，即q4和q。随仪增加而减少，燃烬度T1r随a增加而提高。其适应的空气过剩系数约为1.2,界于燃煤和燃油的空气过剩系数之间。
在试验中观察到，COM着火稳定，其特性与煤和油的有所不同。燃油火焰明亮，炉内清晰，无灰尘，燃煤火焰发黄，炉内混浊，灰多，而COM火焰虽明亮，但混浊。在空气过剩系数仅≈1.2之下，火焰长度约为2米，随仅增大，火焰变短，反之则变长。测点处的q．≈0.5%，q3～0.5%，ilr—99%。由此可见，COM的燃烧性能是良好的，所设计的燃烧器和空气雾化喷咀可以满足COM然烧的要求。
2．雾化风压和雾化风比
COM是流体化的燃料，燃烧好和坏与其雾化粒度有关。雾化风动能越大，则雾化越好，但越不经济。因此要找出既能满足雾化质量的要求，又要耗功较低的雾化风压。雾化风比的定义为雾化风量Vw与通过燃烧器的总风量∑V的比值。雾化风量用翼形管实而总风量用反推法估算。燃烧COM的雾化风比用下式计算，
雾化风压的高低主要影响q．，对q。影响较小。q。随雾化风压增高而降低，由此可知，COM的雾化粒度，随雾化风压增加而逐渐变细。试验结果，燃烧煤粉浓度～so%的COM时，适宜的雾化风压约为550毫米水柱。而适宜的雾化风此约为8-10%。
3．COM温度
COM的雾化质量与其粘度有关。COM的粘度与加热温度及其浓度有关。温度低，粘度大，浓度大，粘度也大。一般机械雾化喷咀的雾化粘度约为20厘泊，蒸汽喷咀的雾化粘度可高一些，一般低于100厘泊，空气雾化喷咀也应控制一定的粘度。对浓度为44.5%的COM粘度试验结果如图7。
浓度为44.5%的COM温度由75℃提高刭148℃、其粘度由300厘泊降低到49厘泊。随着COM温度升高、粘度逐渐下降，而机械和化学未燃烬度也随着降低，而且加热温度对机械未燃烬度的影响比对化学未燃烬靡的影响太。从试验结果可知，对浓度为～45%的原油COM
-5-加热温度应高于130)C,相应的粘度约为rl= 60厘泊。勿庸置疑，COM温度的高低应由COM浓度和油种来决定，重油COM要比原油COM加热温度高。在实用时，对具体COM进行实测，决定适宜的加热温度。
4． COM浓度
从节油出发，希望采用较高浓度的COM，但限于搅拌、输送，加热温度、设备的磨损以及堵塞的危险性、一般COM浓度不超过so%。COM浓度试验的结果示于图8。
在燃油时，当仅= 1.2时，q。=2.5%，q。= 0.4%。比一般燃油炉高得多，这是因为在火焰中取样的结果。与高浓度COM相比，燃油的燃烬度比COM高，但从试验曲线看，浓度为s0%的COM的燃烬度比油约低o.s%。所以初步估计、高浓度COM的燃烧不会比油好。有关COM最终的燃烬效果有待于进行全炉试验。
燃油适宜的雾化风压比COM的低，约为500毫米水柱。
三、几个问题的讨论
1． C01:T的燃烬度
一般燃油炉的燃烧效率是比较高的[6]；，当炉膛出口的过剩氧Oz =1%时、其化学和机械未完全燃烧损失q3'+ q4'～o.is96，萁中q。7≈0.03%，故燃油炉的燃烧效率可以高达99.85%。而燃煤炉的燃烧效率比燃油炉要低。
伍COM的单抡试验巾，限于锅炉的具体条件，试样取的是火焰灰样，为与锅炉出口取佯捆区别，吐燃烬程度¨燃烬度表示，无疑COM火焰的燃烬度低子锅炉出口的燃烧~率。为了便于分析，暂以COh!的燃埏度与燃油炉和燃煤炉的燃烧效率进行比较。从图8不难看出，C0j1火焰尾部取样的燃烬度低于燃油和燃煤炉的燃烧效率，约低2.3～2.5%，一般来说不管燃油或燃煤，其燃烧损失主要是机械未完全燃烧数失q47，因此可以假设，‘燃烧COM的q。≈0 9舌，造成燃烧损失主要是qj，由图8可知，火焰取样最大的机械未燃烬度q4 =1%，则火焰继续燃烧到炉膛出口处q．《1%。所以从现有的试验数据出发，燃油炉改燃COM，其燃烧效率不会降低多少。
2． 空气过剩系数
COM适宜的空气过剩系数要比油高，接近于煤，如燃油送风量的空气过剩系数为1，而COA/为】．1（考虑炉瞠漏风10%），则锅炉在相同负荷下，送风量相对要提高13%。不言而喻，引风机的引风量也要相应提高。
3． COM的火焰
COA/的火焰明亮，但比油要混浊，细灰形成飞灰，随烟气排出炉外，而较粗的灰粒沉于炉下，因此燃油炉改烧COM，炉底必须进行改造，以便排灰，而炉后应装除尘器，以满足环保的要求。
COM的火焰长度与空气过剩系数和稳燃器以及喷咀位置有关，空气过剩系数小则火焰长，大则短。稳燃器和喷咀向燃烧器喷口内缩可以适酱调节火焰长度，但要防止火焰在喷口内燃烧，避免烧坏旋口。，
四、初步结论
由上述试验结果，可以得出以下初步结论：
1． 所研制的空气雾化喷咀配平流燃烧器的燃烧情况是令人满意的，着火和燃烧稳定．燃烬度高，可以保证COM燃烧的要求。
2． COM出力为1吨／时，空气雾化喷咀采用中lOmm喷孔，油压<6公斤／厘米2，雾化风压—550毫米水柱，雾化风比为8-io%。该型喷咀由于流通截面大，流速低，磨损轻微，而不易堵塞。
3． 烧好COM除要有性能良好的燃烧器和喷咀外，还要保证适宜的粘度，对大庆原油高浓度的COM加热温度要高于130℃，粘度要低于60厘泊。
4． COM适宜的空气过剩系数要高于油，而接近于煤，适宜的空气过剩系数约为1.2。
5． 为节油应尽量烧高浓度的COM,煤质越好，浓度越高，节油效果越显著。
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