[科普中国]-直流燃烧器

直流燃烧器是由一组矩形或圆形的喷口组成，喷出的一、二次风都是不旋转的直流射流。直流燃烧器可以布置在炉膛四角、炉膛顶部或炉膛中部的拱形部分，从而形成四角布置切圆燃烧方式、W火焰燃烧方式和U型火焰燃烧方式。在我国的燃煤电站锅炉中，应用最广的是四角布置切圆燃烧方式。1

直流射流从喷口喷出来的直流射流，具有较高的初速，一般其雷诺数Re≥106，因此燃烧器喷射出来的射流都是湍流射流。而且射流射入一个很大的空间后不受任何固体壁面的限制，这种气流就是直流自由射流。1

当射流射到大空间中去时，在湍流扩散的作用下，射流边界上的流体微团就与周围气体发生热质交换和动量交换，将一部分周围气体卷吸到射流中来，并随射流一起运动，因而射流的横截面不断扩大，流量不断增加，但却使射流的速度逐渐减慢，射流的结构特性及速度分布如图1（1 -喷口；2-射流等速核心区；3-射流边界层；4-射流的外边界；5-射流内边界；6-射流源点；7-扩展角；8-速度分布）所示。1

射流自喷口喷出后，仅在边界层处有周围气体被卷吸进来。在射流中心尚未被周围气体混入的地方，仍然保持初速度，这个保持初速为w0的三角形区域称为射流等速核心区，核心区内的流体完全是射流本身的流体。在核心区维持初速w0的边界称为内边界，射流与周围气体的边界(此处流速wx→0)称为射流的外边界。内外边界问就是湍流边界层，湍流边界层内的流体是射流本身的流体以及卷吸进来的周围气体。从喷口喷出来的射流到一定距离，核心区便消失，只在射流中心轴线上某点处尚保持初速w0，此处对应的截面称为射流的转折截面。在转折截面前的射流段称为初始段，在转折截面以后的射流称为基本段，基本段中射流的轴心速度也开始逐步衰减。1

射流的内、外边界都可近似地认为是一条直线，射流的外边界线相交之点称为源点，其交角称为扩展角。扩展角的大小与射流喷口的截面形状和喷口出口速度分布情况有关。因为射流的初始段很短，仅为喷口直径的2～4倍，这段距离在煤粉炉中尚处于着火准备阶段。因此，在实际锅炉工作中，主要研究基本段的射流特性。这些特性参数包括速度分布、射程、扩展角等。1

四角布置切圆燃烧方式直流燃烧器布置在炉膛四角，每个角的燃烧器出口气流的几何轴线均切于炉膛中心的假想圆，故称四角布置切圆燃烧方式。这种燃烧方式，由于四角射流着火后相交，相互点燃，有利于稳定着火。四股气流相切于假想圆后，使气流在炉内强烈旋转，有利于燃料与空气的扰动混合，而且火焰在炉内的充满程度较好。1

切圆燃烧方式直流燃烧器的布置切圆燃烧方式直流燃烧器的布置方式有多种，如图2所示。中小容量煤粉炉最常用的是正四角布置(图2(a))，这种布置方式的炉膛截面为正方形或接近正方形的矩形，直流燃烧器布置在四个角上，共同切于炉膛中心的一个直径不大的假想切圆，这样可使燃烧器喷口的几何轴线和炉膛两侧墙的夹角接近相等，因而射流两侧的补气条件差异很小，气流向壁面的偏斜较小，因而煤粉火炬在炉膛的充满程度较好，炉内的热负荷也比较均匀，而且煤粉管道也可以对称布置。正八角布置(图2(b))也有同样的特点。现代大容量锅炉常采用大切角正四角布置(图2(c))，它是把炉膛四角切去，在四个切角上安装燃烧器。这种布置除具有正四角布置的特点外，还因为四角切去，可形成切角形水冷壁，这样既可增大燃烧器喷口两侧的空间，使两侧补充条件的差异更小，射流不易偏斜；同时燃烧器可与切角处的水冷壁连在一起，形成燃烧器的水冷套，以保护燃烧器喷口不易被烧坏。同向大小切圆方式(图2(d))适用于截面深宽比较大的炉膛或由于炉膛四角有柱子，而不能作正四角布置，燃烧器只能布置在两侧墙靠角的位置。此时燃烧器喷口中的几何轴线和两侧墙间的夹角差异很大，射流的补气条件也有较大的差异，布置成大小切圆方式，即两对对角燃烧器的射流分别和两个直径不同的假想切圆相切，可以改变气流的偏斜，并可防止实际切圆的椭圆度过大。若采用正反双切圆方式(图2(e))，则由于两股气流反切，可减少实际切圆的椭圆度。两角相切，两角对冲方式(图2(f))，可以减小气流相切时的实际假想切圆的直径，减低气流的旋转强度，虽可防止气流的过分偏斜，避免炉膛水冷壁结渣，降低烟气出口残余旋转，减少过热器热偏差，但却使燃烧后期的混合扰动情况变差。更大容量的煤粉锅炉(发电功率大于500MW)，有时设计成双室炉膛切圆方式(图2(g))和大切角双室炉膛方式(图2(h))，此时两个并排的炉膛(燃烧室)中问用双面水冷壁隔开，使每个炉膛截面都成为正方形或接近正方形的矩形，在各自的炉膛的四角布置直流燃烧器，形成切圆燃烧方式。1

本词条内容贡献者为:

郑国忠 - 副教授 - 华北电力大学