锅炉冷态空气动力场实验装置开发可行性分析

流 体 的运 动粘 度 ， ｓ Ｉ／。 ｎ
利用雷诺 数 Ｒ ｅ和炉 膛 当量 直 径 Ｄ ｅ可 以确 定
出模 型所需总 风量 的大小 ， 再依 据一 、 二次 风的配 比 就可确定 出一 、 二次 风量 的大小 。
现场 专家座谈 ， 收集 大 量 相 关冷 态模 拟试 验 台资 并
料等 工作 ， 下 图 １的锅炉 为原型锅 炉 ， 选定 该锅 炉为 是上 海 锅 炉 厂 有 限公 司制 造 的 Ｓ Ｇ一１３／７ ５一 ０６ １． Ｍ８７型 锅 炉 ， ｌ为 该 ３０ ６ 图 ０ ＭＷ 锅 炉 炉 膛 布 置 简
的四角切圆燃烧切圆的形成 ， 通过实际操作可以改
变切 圆大小 和 炉 内空气 动力 场 ， 炼 了学 生 的动 手 锻 操作 能力 。
３ 结 语
综上所 述 ， 在满 足 模 化 理论 三 个 条件 时 利用 原
型锅炉和模型锅炉的几何相似 ， 依据可靠 的模型风
图 ２ 锅 炉 模 型 布 置 示 意 图
炉膛 内， 在送 风管 道 上 安 装调 节 挡 板 ， 用来 调 节一 、
二次 风量和 风压 大 小 。 引风 机设 置在 炉膛 出 口， 对 炉 内有抽 吸 的作用 ， 炉 内形 成 负 压 以满 足 炉膛 内 在 的冷 态空气 动力 场 的需 要 。该 实验 装 置风 量 、 压 风 可 以调节采 用手 动调 节 ， 实验 过 程 中调 节参 数 及 参 数 变化利用 人工 记 录 的方 式 ， 终 数据 处 理采 用 手 最 工绘 制方式 ， 到 二次 风 门挡 板特 性 曲线 。也 可 利 得
力 场存 在 的问题 。
对于四角切圆燃烧方式 ， 影响炉 内空气动力场 的因素很复杂。切向燃烧炉膛 中的射流按旋流方向 依次挤压 ， 每股射流两侧 的补气条件不 同， 炉膛四角
射流情况不尽相同， 致使炉 内形成的实际旋涡的气
基金项 目 ： 安电力高等专科学校基金项 目（ ０ １ Ｊ ０ ） 西 ２ １Ｋ 一 ７ 。 作者简 介 ： 红梅 （９ ６一） 女 ， 戚 １７ ， 陕西 岐山人 ， 硕士 ， 副教授 ， 研究方 向： 主要 电厂锅 炉教学 ， 的清 洁燃烧与污染防治的研究。 煤
和锅炉进行大修之后 ， 一般都要进行实际炉膛 的冷
ｌ 理 论 依 据
１ １ 理论 基础 ．
态空气动力场试验 ， 以观察、 测量炉内气流的流动结
构， 防止 出现气流 贴壁 、 旋转 中心 不在 炉膛 几何 中心
等不 良现象发生 ， 此即为几何相似模化 比为 １ １ ： 的 空气动力场试验 。因此， 我国许多高校、 研究所、 锅 炉厂、 火力发电厂等单位大多采用纯几何相似模化 技术来分析研究四角切圆燃烧煤粉锅炉炉内空气动
对 炉 内空气 动力场 的研究 主要 还是 采用冷态模 化试
装机容量的 ７ ％左右。为适应 国 内经济和环保发 ５ 展需求 ， 电机组主要为 ３０ Ｗ 以上大容量机组 ， 火 ０Ｍ
国内大容 量 电站 锅炉 多采用 四角 切 圆燃烧 方式 。 四
角切圆燃烧方式具有较好的着火、 燃烧和燃尽能力 ，
西安电力高等专科学校学报
因而 ， 炉冷 态 空气 动 力 场 试 验装 置 开 发 以 该锅 某 台 ３０ ０ ＭＷ 四角 切 圆煤 粉 锅 炉 为 原 型 ， 用 冷 态 采
模 化技术 ， 利用 炉膛 内的空气 动 力场特 性参数 ， 拟按
Ｐ一代表煤 粉 。 原 型 中一次风 动量式 由一次 风 和燃 料动量两部
西安 电力高等专科学校学报
１ｊ １● ｊ １Ｊ
参
考
文
献
［ ］ 陆书圣 ． ８ 多参数复合环境试 验装置 中气 压场控制技术 的研究 ［ ］ 杭州 ：浙江大学 ， １． Ｄ． ２ １ ０
崔大伟． 分离燃尽风对炉 内空气 动力场影 响的试验 研
中图分类 号 ： ７ ８ ５ Ｇ １ ． 文 献标识码 ： Ａ
目前 火
流直径比设计 的假想切 圆直径大许多 ， 加之燃烧器 结构尺寸各异 、 型式繁多， 这些均对炉内流动情况均 会带来影响。此外 ， 燃烧情况下的空气动力场更为 复杂 ， 内气流的流动还受运行工况的影响。目前 炉
戚红梅 ， 毛旭波 ， 李珩
（ 西安 电力高等专科学校 动力工程系 ， 陕西 西安 ７０ ３ ） １０２
摘
要： 针对高职教育的特点， 通过大量调研得到理论基础和计算原理 ， 在选定锅炉原
型 的基 础上 ， 依据 相似 理论 提 出 了锅 炉冷态 空气动 力场实验 装置 布置 方案 。 关 键词 ： 炉 ； 圆燃 烧 ； 锅 切 空气动 力场
叼
由于几何相 似 ， 上式 可简 化为 ：
Ｗ ｌ Ｍ
一
式 中 ： ——定 性速度 ， 于 炉膛 可 取 为气 流 的平 均 ０ ３ 对 上升 速度 ，／ ； ｍ ｓ
＝
Ｉ Ｍ ， Ｏ２
ｘ ｗ ／２ ） ＋ｋ ） ｌ（＋ （ ／ ｏｔ ｏ
２３ ７ １
－
Ｗ２ ０
ｆ ０ ＋ 二 ，ｊ １ ， ｊ 。
素：
Ｒｅ：ｐ ｗＬ
：
次风中燃料的质量浓度。
ｋ一考虑煤 粉流 速 和风速不 同 的系数 ， 近似取
为 ０ ８ ．。
由式 （ ） （ ） ３ 和 ４ 可得模 型 中的一 、 二次风 速之 比为 ：
Ｗ ｌ Ｍ
一
２
ｗＤ
—
—
１０ ０ ２
ＰＰ Ｕ１￣０ ｌ２ Ｍ ２
（） ５
ｅ
（ ） １
分组成 ：
１１ 模 型 ： 型 ） 比例进 行设 计 。 ：０（ 原 的 按 照相似 理论 ， 在对 锅 炉 进 行 炉 内空 气 动力 场 模 拟试验 时 ， 应满 足 以下条件 ： （ ） 型与原 型几何 相 似 ； １模 （ ） 流流动 处于第 二 自模化 区 ； ２气
（ ＋） ＋ 。（ ） ４ ｍ ｐ 埘 ， 。 ２ ＋ ｆ 。 ｐ ）
出二 次风 喷 Ｅ风 速 。同样 道理 还可 以求 出一次 风喷 １
口风 速 。
其 中 ： 和 ｂ为矩形 的两 边长 ，ｌ ａ Ｉ； ｌ
ｐ 流体的密度 ，ｇｍ ； 一 ｋ／ 。 １一 １ 流体的动力粘度 ，ｇｍ・ ； ｋ／ ｓ
一
２ 实验装置设计思路
２ １ 锅炉原 型的选 取 ．
在前述理 论基 础 之 上 ， 过 去 电厂 实际调 研 和 通
［二＝＝］
５ Ｘ３ 二次风 ２ ０
图 ３ 模 型 燃 烧 器 布 置 示 意 图
按 照相似理 论 ， 分 考 虑 实验 装 置 的实 用性 和 充
合理布局 ， 并能实现锅炉冷态空气 动力场 的实际燃
烧 调整 ， 炉膛 内切 圆的形 成和 观测 ， 设计 出的实验装
５ ６
Ｉ 二
１ｊ １Ｊ １Ｊ １ｊ
［二］
５ ×３ 二 次风 ２ ０
５ Ｘ４ 一 次 风 ０ ０
［］ ５５ 二 风 ２ ２ 次 Ｘ
５ Ｘ４ 二 次 风 ０ ０
Ｉ
ｌ ５× ２ 二次风 ２５
５ Ｘ４ 一 次 风 ０ ０
过程中动手参与煤粉炉冷态空气动力场 的调节 ， 使 学生更加深刻理解理论知识 ， 提高动手操作能力 ， 为 从事锅炉运行打下 良好的基础 。该装置既提高了学 生的专业能力 、 方法能力和社会协调能力， 又提高了 教学质量 ， 有一定社会应用价值。
式中：Ｉ 分别代表质量和速度 ； Ｉ、 Ｔ Ｗ一 ０ Ｍ一 、 分别代表原型和模型； ｌ２一 、 分别代表一、 二次风；
戚红梅 ， ： 等 锅炉冷态空气动力场实验装置开发可行性分析
５ ５
置 即锅炉模型布置示意 图见 图 ２和图 ３ 其 中图 ２ ，
为锅炉模 型 布置示 意 图 ， ３为燃烧 器布置 方式 。 图 在选 择好 锅炉 原型 和有 整体锅 炉模 型设 计思路 的基础 上 ， 炉模 型 拟采 用 可 透 视 的玻 璃 和有 机玻 锅 璃 作 为炉墙 。在炉 膛 四角 安装 燃 烧 器 喷 口， 中一 其 次风 三层 ， 次风 四层 ， 二 是直 流煤粉 燃烧器 中典 型的 均等 配风布 置方 式 。采 用 离 心式 送 风 机将 一 、 次 二 风分别 经过 不 同的稳压 风箱 后通 过管道将 空气送 入
第 ７卷第 １ 期
２０１２年 ３月
西 安 电 力 高 等 专 科 学 校 学 报
Ｊｕ ａ ｆ ’ ｎ Ｅ ｅ ｔｃ Ｐ ｗｅ ｏｌｇ ｏ ｒ ｌ ａ ｌｃｒ ｏ ｒＣ ｌ ｅ ｎ ｏ Ｘｉ ｉ ｅ
Ｎｏ １ Ｖ０ ． Ｌ７ Ｍａ ． ｒ ２Ｏ１ ２
锅 炉 冷 态 空气 动 力 场 实 验 装 置 开 发 可 行 性 分 析
煤粉炉冷态空气动力场的调节 ， 使学生深刻的理解 理论知识， 为从事锅炉运行打下 良好的基础 ， 体现高 职教育 以实践应用为基础 的思想 ， 拟开发炉内冷态 空气动力场实验装置 ， 其可行性分析如下。
器几何相似法等。这几种模化方法各有特点。
事实上 ， 新锅 炉在 安装 之后 、 原有锅 炉改造 之后
（ 幻） ｌ ２ １＋ ｐ ０ ｌ ｏ
式 中 ：一喷 口截 面积 。 ｆ Ｗ一 均流速 。 平 ｐ一气流 速度 。 Ｉ 一 量流量 。 ｌ 质 ｌ
一 一
（） ３ 模型与原型燃烧器 出口一、 二次风动量流 率 比相等。
１２ 模型风 量 、 速计 算依据 ． 风 锅炉运 行 时 ， 炉膛 内 的气 流工 况 属 于粘 性 流 体 不 等温 的稳定 受 迫 运动 。根 据 相 似 理论 ， 虑 粘性 考 力 的雷诺 数 Ｒ ｅ是 对 流 动 状 态 起 决 定 性 作 用 的 因
（） ６
Ｄ ——定性尺寸 ， ｅ 对于矩形炉膛可取其水力
当量 直径 ， 即
Ｄ ： ｅ
口 ＋ Ｄ
式 中 ：。ｔ 一分别 为一 、 ｔ ，０ ２ 二次 风温度 。
由模型中气流流动进入第二 自 模化区原则确定 进入模型最低风量 ， 取定一次风量， 即可 由式（ ） ４ 求
（） ２
图 １ ３０ ０ ＭＷ 锅炉炉膛布 置简 图
用锅 炉冷态 调整 技术 ， 通过 数 据 采 集 软件将 炉 内空
２ ２ 实验装 置设计 ．
气动力场的数据传 至数据采集器和计算机， 进而通
过计 算机 数 据 处 理 软 件 得 到 二 次 风 门挡 板 特 性 曲 线 。在实验 过程 中学 生可 以直 观 的观 测到煤粉 炉 内
但切 圆直径 的大小 变 化 会 影 响气 流 偏 斜 、 内结 渣 炉 和燃烧 稳定性 。为了让 学生在 教学 过程 中动 手参与
验方式和数值模拟方法。
常用 的 冷 态 模 化 试 验 方 法 有 ：ｈ ｎ Ｔ ｆ ｇ—Ｎ ｗ ｙ ｉ ｅｂ 法 、ｅｋ ｓｉ 、 进 的 Ｚｌｏ ｓｉ （ 烧器 放 大后 Ｚｌ ｋ法 改 ｗ ｅ ｗｋ 法 燃 ｋ 移 加炉底 风 法 ） 纯 几 何 相 似 模 化 法 以及 后 移 燃 烧 、
量 和风速 的计算 办 法 ， 合 现 场调 研 和专 家 交 流选 配 定 锅炉原 型 ， 出锅 炉 冷 态 空气 动 力 场实 验 装 置模 得 型设 计思路 和具体 布 置 方 案 。 因此 ， 炉冷 态 空气 锅 动 力场实 验装 置开发 方案 是可 行 的。 该实 验装 置能很 好 的适应 高 职 高专 “ 现 工学 体 结合 ， 实践 一体 化 ” 理论 的教 学 理念 ， 学生 在 教学 让
图。
对于四角切圆燃烧 锅炉炉 内冷态模化试验 ， 当 Ｒ ＞ ． × ０ 时， ｅ ２ １ １ 可以达到第二 自模化区。模型设
计也严格按照几何相似原则 ， 依据上述第三个条件
“ 模型与原型燃烧器 出 口一 、 二次风动量流率 比相
等” 原则 ， 可写 出下式 ： ｍｌ加 Ｍ （ ２ 肘 村 １／ ｍ 村 ２ ）＝（ ｏ ｏ （ ２ 埘 （ ） ｍ１＋ｍ ） ／ ｍ 村 ２ ） ３