六角切圓燃燒鍋爐爐內空氣動力特性的研究

姜少軍，劉大易

(1.綏芬河市特種設備檢驗研究所;2.黑龍江省特種設備檢驗研究所)

0 引言

角置式切圓燃燒鍋爐以其燃料適應性強、燃燒效率高等優點，被我國電站鍋爐廣泛采用。但它存在的爐膛和受熱面結渣問題，嚴重影響著鍋爐機組的安全、經濟運行，尤其隨著高參數、大容量發電機組的不斷投入運行，這個問題的嚴重性日益引起人們的關注。

在理論與實踐的反復結合過程中，人們發現，鍋爐爐內空氣動力場特性是結渣的一個重要影響因素，而切向燃燒鍋爐的爐內氣流流動是一個帶有強回流的三維湍流流動過程，目前國內外對于四角切圓燃燒鍋爐的研究已初見成效，但六角切圓燃燒鍋爐由于它自身結構的特殊性，爐內空氣動力特性不能由其他類型的研究成果推廣得到，至今還沒有比較成型的研究成果，國內學者曾做過一些有益的基礎性研究，但在工程中應用的效果都不是很好.

多年的實踐經驗表明，冷態模化試驗能夠比較真實地反映實際鍋爐的爐內空氣動力場狀況。本試驗是以富拉爾基發電廠4#爐為原型，通過不同試驗工況的對比分析，目的是了解六角切圓燃燒鍋爐的燃燒器布置方式和運行參數對爐內空氣動力特性和結渣狀況的影響，研究如何組織合理的爐內空氣動力場，并把研究結果應用到原型中，對于指導工程實際具有十分重要的價值。

1 試驗內容

1.1 試驗原型簡介

鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的HG-670/14-12型煤粉鍋爐。六組燃燒器分別布置在爐膛四壁上：前后墻各兩組，兩側墻各一組.每組燃燒器共有三層一次風噴口，每個一次風噴口上下分別配制兩個二次風噴口，一、二次風相間布置，即采用均等配風方式，設計假想切圓直徑為1000 mm。

1.2 試驗方法

試驗采用冷態等溫模化的方法，爐膛模型采用純幾何模化，保證模型與原型的一、二次風動量比相等，試驗在第二自模化區進行。原型與模型的模化比例為：18.21∶1。試驗采用乙二醇示蹤爐內氣流運動軌跡的方法，在一、二次風噴口上開有示蹤孔，用加熱器將乙二醇液體加熱成蒸汽，通過示蹤孔加入燃燒器射流中，用攝像機進行示蹤射流的運動軌跡和擴散情況的錄像。

1.3 試驗臺建設

試驗臺為正壓通風系統，由風機、分配集箱、管道、風箱、閘閥、笛形管流量計、爐膛和燃燒器模型組成。試驗臺系統如表1所示。

1.4 試驗工況安排

表1 試驗工況安排

2 試驗結果分析

1)六角切圓燃燒鍋爐與四角相比，切圓直徑小、氣流旋轉強度低、旋轉動量衰減快，特別是在上層燃燒器到爐膛出口區域，氣流旋轉衰減明顯并很快消失。下層燃燒器切圓較大，上、中層燃燒器切圓較小，一次風切圓比二次風大.一、二次風出口射流與壁面形成回流區，并且自下而上逐漸增大。各層一、二次風均有不同程度的偏轉并在下部偏轉的大一些，從而一次風被卷吸進角部回流區。

2)一、二次風動量比對爐內空氣動力場影響較大。一、二次風動量比偏小，即一次風動壓頭較低，則一次風射流抗偏轉的“剛性”較弱，一次風射流將與二次風相分離，形成一次風切圓在外、二次風切圓在爐膛中央的現象。提高一、二次風動量比后一、二次風分離現象明顯減小。

3)側墻燃燒器對爐內流場影響較大。前后墻與側墻上燃燒器射流的擴展區域不同，對上、下游的影響也不同。側墻燃燒器的射流對其上游燃燒器形成氣屏，不僅阻止上游射流的偏轉，也防止下游射流的偏轉。關停側墻燃燒器時，其下游燃燒器的射流將受上游燃燒器射流的直接沖擊，導致被沖擊氣流嚴重偏轉，氣流貼壁嚴重，將增大結渣傾向。

4)中、上排燃燒器噴口下傾對降低結渣作用不大。中上排燃燒器下傾雖然可以降低火焰中心的位置，有利于煤粉的燃盡，但從示蹤試驗可見，上層水平切圓進一步減小，氣流旋轉強度減弱，不利于煤粉顆粒的螺旋上升，縮短了顆粒在爐內的行程和停留時間。

5)加頂二次風作用不顯著.加頂二次風對上排燃燒器切圓的旋轉有一定的增加，但總體旋轉水平仍然很弱，射流達到切圓邊緣即有大部卷起，而并未卷進中心切圓。

6)上層二次風切圓加大有利于爐內燃燒.示蹤顯示上層燃燒器處的氣流旋轉明顯加強，沿爐膛軸向速度降低。

3 工程應用

試驗原型的設計煤種為扎責諾爾褐煤，自1996年大修后，后屏和高溫對流過熱器嚴重掛渣，幾乎被堵滿，頂部的抽熱煙氣口也存在著較重的結渣現象，只能通過降負荷來甩渣，曾幾次造成熄火，嚴重影響著電廠的安全經濟運行。

以此試驗研究成果確立的工程技術改造方案：(1)提高一、二次風動量比，(2)加大上排燃燒器的二次風切圓直徑，已經通過可行性論證，被電廠采用并在大修期間完成了工程改造。改造后爐膛內氣流旋轉強度增大，氣流擾動明顯增強，射流偏轉程度減輕，無疑促進了一、二次風的充分混合，有利于煤粉的燃盡。取得了良好的效果：爐膛結渣明顯減輕，穩燃性能很好，飛灰含碳量和排煙溫度不升高，技術經濟指標不僅沒有降低，而且有所提高。

4 結語

對工廠今后改造和運行提出了建議：(1)盡可能使側墻燃燒器處于備用狀態，(2)提高一次風速度。實踐證明本試驗結果具有較高的工程應用價值。

［1］ 黃明達，李用全.CE600MW鍋爐爐膛冷態模化試驗研究［J］.發電設備，1989(9).

［2］ 徐旭常，毛健雄，增瑞良等.燃燒理論與燃燒設備［M］.北京：機械工業出版社，1990.

［3］ 郭宏生，涂通模等.大型鍋爐爐膛內空氣動力工況［M］.熱能動力工程，1994，(11)：317-323.

［4］ G.P.Lemieus，P.H.Oosthuizent.Experimental Study of the Behavior of Plane Turbulent Jets at Low Reynolds Numbers［J］.AIAA Journal，1985(12).