小型工业锅炉煤粉气力输送系统

　　我国的工业锅炉基本上采用层燃方式，灰渣含碳量在20%以上，效率低，污染大。因此，国家“十一五节能规划”中明确提出，要通过实施粉煤燃烧等先进技术改造或替代现有中小燃煤锅炉，使燃煤工业锅炉效率提高5%，每年节煤量达到2500万吨。要实现上述节能目标，就必须在工业锅炉上采用煤粉燃烧技术，要采用煤粉燃烧技术，就必须提供配套的煤粉气力输送系统。

　　众所周知，小型煤粉燃烧器对给煤量的变化更加灵敏，要求给粉更加稳定。目前在用的煤粉燃烧设备多采用正压方式来输送煤粉，但是经常会出现煤粉供应量陡然变化、燃烧器熄火等现象，而且煤粉经常泄露，污染环境。为保证煤粉输送的均匀性，杜绝煤粉泄漏现象，公司设计了一种负压引射式煤粉供给装置。采用低压罗茨风机作为输送气源，运行成本低，输送稳定，圆满地解决了与小型煤粉燃烧器配套的煤粉输送问题。

　　本文所提出的负压引射式煤粉输送装置由煤粉仓、叶轮给料机、喷射器、罗茨风机等部件组成。其工作原理是：煤粉自煤粉仓进入下料管，再由叶轮给料机定量给入喷射器。从喷嘴高速喷射出来的空气在接受室内形成负压区，固体粉料在负压引力和自重力作用下进入喷射器接受室，气固混合物发生动能传递，两者一起进入混合室，在这里流体速度场达到均衡，并使压力稍微提高。然后气粉混合物进入扩散管，使流体压力进一步提高，流体从扩散管出来后通过输送管道到达燃烧器。由于工业锅炉的煤粉输送量不大，距离也比较近，利用罗茨风机即可满足要求，这使引射式煤粉输送装置的运行成本极大下降，便于推广应用。

　　我国目前负压引射式煤粉输送装置的设计计算，大都采用(苏)沙柯洛夫等人提出的计算方法，这些方法极其复杂、繁琐，给这一设备的设计和应用带来较大困难。本文以一台两吨链条锅炉的节能改造为例，介绍一种简便的负压引射式煤粉喷射器的简便设计方法。

　　2t/h锅炉每小时消耗煤粉300kg，根据热力计算，取引射系数1.0对燃烧比较有利，可计算出煤粉质量流量和空气质量流量。因为工业锅炉煤粉输送管路较短(经计算输送管道阻力为5000Pa)，而且引射比不大(只有1.0)，所以采用罗茨风机供风。设罗茨风机压力为0.3kg，即供气压力0.13MPa，大气压力0.1MPa，则临界压力比0.77>0.528，为亚临界状态，采用减缩喷管就可以满足要求。

　　混合室直径48mm，混合管径取φ57×3.5mm。喷射器出口直径70mm，取为φ76×3mm，与煤粉输送管的直径相同。经计算，输送管中空气流速为18m/s左右，满足输送要求。下料管尺寸由星型卸料器确定，取为φ76×3mm。

　　在茂名一乳胶厂的2t/h蒸汽锅炉节能改造项目中，对负压引射式煤粉喷射器进行了详细的性能测试，输送煤粉量的测定采用以下方式进行：在煤粉输送管道出口加装布袋除尘器，通过称量布袋捕捉下来的煤粉重量来确定输送粉量。结果不难看出，煤粉喷射器的输送性能已经超过了设计值，最大可达500kg/h，而且随罗茨风机压力的增加，煤粉输送量进一步提高，可达700kg/h。说明本喷射器还有一定的工作余量，给出的设计方案是可靠的，安全的，可以用来工业生产使用的。

　　煤粉在由罗茨风机驱动的低压喷射器中的运动规律是研究者非常感兴趣的问题。由于煤粉和空气均匀混合在一起，很难通过可视化实验来直接观察煤粉的运动轨迹。因此，利用软件采用颗粒轨道模型对煤粉的运动轨迹进行了计算，结果中可以看出，气体射流有明显的卷吸作用。流场在喷嘴出口处和混合管的入口处两侧的卷吸区最为强烈，这一点从煤粉颗粒的轨迹可以清楚地看到。通入气体后，喷射器中很快达到一个相对稳定的状态，气体在喷射器中形成一个相对稳定的射流中心，整个流场基本分布均匀，没有煤粉局部积聚现象。说明本喷射器的设计是成功的，运行是可靠的，可以大力推广。

　　该低压喷射器的计算公式是可靠的，煤粉输送量可通过改变星型卸料器的转动频率及罗茨风机的送风压力来调节，方便可靠，且有较大的工作余量;由喷嘴临界截面公式可知，根据罗茨压力和风量，可确定喷嘴的临界截面积。同时，在喷嘴临界截面积一定时，通过改变气源压力，可改变输送风量，从而可以方便地改变引射比;通过公式推导和计算，给出了低压煤粉喷射器的详细结构尺寸，并通过数值模拟进行了验证，有利于确定罗茨风机的压力和风量及对此类喷射器进行进一步的设计和分析。