锅炉冷态动力场试验
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实践证明，通过冷模、冷炉试验来测量下列各 项规律是行之有效的方法。
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3
1.锅炉燃烧系统的配风均匀程度，如旋流燃烧 器的大风箱配风均匀性；四角燃烧器各一、二、 三次风系统配风均匀性，各风门挡板的调节特 性等；
2.燃烧系统及燃料器的阻力特性；燃烧器的流 体动力特性；探索新型燃烧器的流动规律；一、 二、三次风混合情况；旋流或直流燃烧器回流 区的大小及流量变化情况；四角喷燃器的切圆 大小等；
w30 w20
t3M 273 t20 273 t2 M 273 t30 273
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15
速度绝对值可用达到自摸区 Re d / v 10 5 求出，即冷模平均速
度： w Re v / d v *10 5 / d
所送风量为：
Q 3600 FM
273 t 273
Nm 3
/h
一次风 3 四角布置燃烧器 周界风
二次风
Βιβλιοθήκη Baidu
4 单层四角布置燃烧器炉膛
4.5 ×104 1.48 ×104 4.8 ×104 7.5 ×104 （2～6）×104
5 多层四角布置燃烧器炉膛
7.5 ×104
6 前墙布置旋流燃烧器炉膛
4.4 ×104
7 旋流燃烧器
蜗壳式 叶片式
0.9 ×105 1.8 ×105
“面对面，一切从交流开始”
2010年12月
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1
第一部分 炉内冷态模化及试验
§1-1 炉内模化及自模化区的确定 §1-2 炉内冷态模化原理
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2
§1-1 炉内模化及自模化区的确定
一、流动过程近似模化
燃烧过程是一个复杂的物理化学过程，在目前 理论水平和技术手段条件下尚无法进行准确模化。因 此目前多采用流动过程的近似模化、局部模化技术来 解决一些大型锅炉燃烧的技术问题。
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13
m1M w1M /(m2M w2M ) (m10 mp )w10 /(m20w20 )
实物一次风动量是由一次风和燃料动量两部分组成：
(m10 m p )w10 (10 f10 w10 m p )w10
f w (1 ) 2 10 10 10
mp 10 f10w10
(1 k)10 f10 w120
w20
2 M 10 (1k ) f2 M f10
1M
20
f1M f20
若燃烧器为几何相似，即： f1M / f2M f10 / f20 ，则有：
w1M
w10
w2 M
w20
(1 k ) t1M 273 t20 273
t2 M 273 t10 273
同理可写出二、三次风速比的公式：
w3 M
w2 M
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11
§1-2 炉内冷态模化原理
一、冷态模化原理
1、冷态模化的概念
冷态模化是指采用冷模或冷炉试验方法模拟没 有燃烧升温状态下的炉内流动情况。当然冷态模化与 炉内实际热态情况是有差别的，只对燃烧器出口附近 着火阶段前较为符合，因而只能近似模化炉内气流的 运动工况。
2、冷态模化原则
①模型与实物需几何相似；
此值与炉子结构布置有关，从国内外各炉 试验资料来看炉内自模化区临界雷诺数Re均小 于105 （如下表），当设计锅炉冷模时，在缺 乏试验数据情况下，可选用Re临=105，即认为 Re=105 时进入自模化区。
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10
炉子型式
1
旋风炉
进入自模化区的临界Relj数值 （3.1～4.1）×104
2
U型炉膛
②保持气流运动状态进入自模化区；
③边界条件相似。
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12
3、边界条件相似
考虑到影响炉内流动工况最主要的参数是动 量，因此保持模型和实物之间的动量比相等是十 分必要的。
若以角标O，M分别表示实物和模型；角标1、 2、3分别代表一、二、三次风；f、w、 ρ 、m分 别代表喷口面积、平均速度、密度及质量流量， 例如mp即为煤粉的喷出质量流量，则模型和实物 一、二次风动量比可写成：
（1）只要模型中的Re数处于自模化区内就可以 实现模型不与原型相等而保证流动状态相似， 这样就给模型试验带来很大方便，不必用原型 很高的Re值进行模化试验（锅炉容量越大，Re 值越大）；
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8
所谓进入自模化区，就是当Re大于某一定 值后， Eu不再Re有关而保持一定值，即惯性力 起决定性作用，而粘性力的影响可忽略不计，因 此流体质点的运动轨道主要受惯性力的支配而不 再受Re值影响。利用进入自模化区的特点进行试 验有明显好处。
式中，μ 为一次风中燃料的质量浓度；k 为考虑煤粉流速与风速不
同的系数，可近似取为 0.8。
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14
1M f1M w12M /(2M f2M w22M ) (1 k )10 f10w120 /(20 f10w120 )
可见，为了保持动量比相等，模型的一、二次风速比为：
w1M
w10
w2 M
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4
3.三次风的作用、布置位置、角度和风速等。 4.影响炉膛充满度的各种因素。 5.探讨炉内结渣的空气动力原因。 6.试验消除炉膛出口残余旋转的各种措施。 7.摸索合理的运行方式，如低负荷运行方法； 四角燃烧中缺角运行影响；停用个别旋流燃烧 器的方式； 8.探索新的燃烧方式、新的炉膛结构。
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6
图１-1 某典型锅炉的Eu=f(Re)曲线
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7
所谓进入自模化区，就是当Re大于某一定
值后， Eu不再Re有关而保持一定值，即惯性力 起决定性作用，而粘性力的影响可忽略不计， 因此流体质点的运动轨道主要受惯性力的支配 而不再受Re值影响。利用进入自模化区的特点 进行试验有明显好处。
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5
二、自模化区的概念
冷态模化主要是对气流流动状态的模化， 对流动过 程起主要作用的是雷诺准则：
Re wD
它表明了流动惯性力和粘性力之比值。在 等温流动时，它决定了气体流动的阻力特性， 通常以欧拉准则来表明压力与惯性力的比值。
Eu P/w2f(Re)
在截面不变的情况下，阻力系数为欧拉准则的 两倍。
（1）只要模型中的Re数处于自模化区内就可以 实现模型不与原型相等而保证流动状态相似，这 样就给模型试验带来很大方便，不必用原型很高 的Re值进行模化试验（锅炉容量越大，Re值越 大）；
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9
（2）使局部模化易于实现；
（3）可使模化试验所需的风机容量和压头大为 降低，使试验易于实现。
那么锅炉冷态试验中进入自模化区的最低 Re值为多少呢？
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1.锅炉燃烧系统的配风均匀程度，如旋流燃烧 器的大风箱配风均匀性；四角燃烧器各一、二、 三次风系统配风均匀性，各风门挡板的调节特 性等；
2.燃烧系统及燃料器的阻力特性；燃烧器的流 体动力特性；探索新型燃烧器的流动规律；一、 二、三次风混合情况；旋流或直流燃烧器回流 区的大小及流量变化情况；四角喷燃器的切圆 大小等；
w30 w20
t3M 273 t20 273 t2 M 273 t30 273
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速度绝对值可用达到自摸区 Re d / v 10 5 求出，即冷模平均速
度： w Re v / d v *10 5 / d
所送风量为：
Q 3600 FM
273 t 273
Nm 3
/h
一次风 3 四角布置燃烧器 周界风
二次风
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4 单层四角布置燃烧器炉膛
4.5 ×104 1.48 ×104 4.8 ×104 7.5 ×104 （2～6）×104
5 多层四角布置燃烧器炉膛
7.5 ×104
6 前墙布置旋流燃烧器炉膛
4.4 ×104
7 旋流燃烧器
蜗壳式 叶片式
0.9 ×105 1.8 ×105
“面对面，一切从交流开始”
2010年12月
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1
第一部分 炉内冷态模化及试验
§1-1 炉内模化及自模化区的确定 §1-2 炉内冷态模化原理
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§1-1 炉内模化及自模化区的确定
一、流动过程近似模化
燃烧过程是一个复杂的物理化学过程，在目前 理论水平和技术手段条件下尚无法进行准确模化。因 此目前多采用流动过程的近似模化、局部模化技术来 解决一些大型锅炉燃烧的技术问题。
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m1M w1M /(m2M w2M ) (m10 mp )w10 /(m20w20 )
实物一次风动量是由一次风和燃料动量两部分组成：
(m10 m p )w10 (10 f10 w10 m p )w10
f w (1 ) 2 10 10 10
mp 10 f10w10
(1 k)10 f10 w120
w20
2 M 10 (1k ) f2 M f10
1M
20
f1M f20
若燃烧器为几何相似，即： f1M / f2M f10 / f20 ，则有：
w1M
w10
w2 M
w20
(1 k ) t1M 273 t20 273
t2 M 273 t10 273
同理可写出二、三次风速比的公式：
w3 M
w2 M
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§1-2 炉内冷态模化原理
一、冷态模化原理
1、冷态模化的概念
冷态模化是指采用冷模或冷炉试验方法模拟没 有燃烧升温状态下的炉内流动情况。当然冷态模化与 炉内实际热态情况是有差别的，只对燃烧器出口附近 着火阶段前较为符合，因而只能近似模化炉内气流的 运动工况。
2、冷态模化原则
①模型与实物需几何相似；
此值与炉子结构布置有关，从国内外各炉 试验资料来看炉内自模化区临界雷诺数Re均小 于105 （如下表），当设计锅炉冷模时，在缺 乏试验数据情况下，可选用Re临=105，即认为 Re=105 时进入自模化区。
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炉子型式
1
旋风炉
进入自模化区的临界Relj数值 （3.1～4.1）×104
2
U型炉膛
②保持气流运动状态进入自模化区；
③边界条件相似。
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12
3、边界条件相似
考虑到影响炉内流动工况最主要的参数是动 量，因此保持模型和实物之间的动量比相等是十 分必要的。
若以角标O，M分别表示实物和模型；角标1、 2、3分别代表一、二、三次风；f、w、 ρ 、m分 别代表喷口面积、平均速度、密度及质量流量， 例如mp即为煤粉的喷出质量流量，则模型和实物 一、二次风动量比可写成：
（1）只要模型中的Re数处于自模化区内就可以 实现模型不与原型相等而保证流动状态相似， 这样就给模型试验带来很大方便，不必用原型 很高的Re值进行模化试验（锅炉容量越大，Re 值越大）；
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所谓进入自模化区，就是当Re大于某一定 值后， Eu不再Re有关而保持一定值，即惯性力 起决定性作用，而粘性力的影响可忽略不计，因 此流体质点的运动轨道主要受惯性力的支配而不 再受Re值影响。利用进入自模化区的特点进行试 验有明显好处。
式中，μ 为一次风中燃料的质量浓度；k 为考虑煤粉流速与风速不
同的系数，可近似取为 0.8。
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1M f1M w12M /(2M f2M w22M ) (1 k )10 f10w120 /(20 f10w120 )
可见，为了保持动量比相等，模型的一、二次风速比为：
w1M
w10
w2 M
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3.三次风的作用、布置位置、角度和风速等。 4.影响炉膛充满度的各种因素。 5.探讨炉内结渣的空气动力原因。 6.试验消除炉膛出口残余旋转的各种措施。 7.摸索合理的运行方式，如低负荷运行方法； 四角燃烧中缺角运行影响；停用个别旋流燃烧 器的方式； 8.探索新的燃烧方式、新的炉膛结构。
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图１-1 某典型锅炉的Eu=f(Re)曲线
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所谓进入自模化区，就是当Re大于某一定
值后， Eu不再Re有关而保持一定值，即惯性力 起决定性作用，而粘性力的影响可忽略不计， 因此流体质点的运动轨道主要受惯性力的支配 而不再受Re值影响。利用进入自模化区的特点 进行试验有明显好处。
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二、自模化区的概念
冷态模化主要是对气流流动状态的模化， 对流动过 程起主要作用的是雷诺准则：
Re wD
它表明了流动惯性力和粘性力之比值。在 等温流动时，它决定了气体流动的阻力特性， 通常以欧拉准则来表明压力与惯性力的比值。
Eu P/w2f(Re)
在截面不变的情况下，阻力系数为欧拉准则的 两倍。
（1）只要模型中的Re数处于自模化区内就可以 实现模型不与原型相等而保证流动状态相似，这 样就给模型试验带来很大方便，不必用原型很高 的Re值进行模化试验（锅炉容量越大，Re值越 大）；
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（2）使局部模化易于实现；
（3）可使模化试验所需的风机容量和压头大为 降低，使试验易于实现。
那么锅炉冷态试验中进入自模化区的最低 Re值为多少呢？