四角切圆锅炉冷态空气动力场流动特性的实验研究

文章编号:1006-155X(2002)06-052-04

四角切圆锅炉冷态空气动力场流动特性的实验研究

刘 勇,魏 凤,唐必光

(武汉大学动力与机械学院,湖北武汉 430072)

摘要:以某电厂300MW,1025t/h 锅炉为模型,针对水平烟道的烟温偏差问题,进行了锅炉整体冷模试验,对炉

膛上部、水平烟道及转向室处烟气的流动进行模拟,明确了水平烟道内引起烟温偏差的烟气速度场偏置的具体情况及尾部烟道气流分布的特性.

关键词:烟温偏差;冷模试验;气流分布

中图分类号:TK 224.1 文献标识码:A 四角切圆燃烧是我国电站锅炉应用最为广泛的煤粉燃烧方式,随着大批300,600MW 容量等级的大型电站锅炉的投运,四角切圆燃烧的一些较为严重的问题也逐步暴露出来.其中最突出的就是炉膛上部、炉膛出口及水平烟道中的烟气流场、速度场和温度场存在左右偏置的现象,以及由此而引发的过热器、再热器超温爆管,这种现象在四角燃烧煤粉锅炉中普遍存在.

针对四角切圆燃烧方式烟气流动特性,进行锅炉冷态空气动力场的试验研究是一种简便易行的方式,研究也较多.但以往的这类研究主要着眼于炉膛出口的流动特性,其模型一般只包括炉膛部分,较少进行整个炉膛全模型试验研究.

本文针对某电厂300MW 锅炉水平烟道高温对流过热器超温爆管问题,以该厂1025t/h 锅炉机组为原型,在冷态模型试验台上对炉膛及烟道气流流动特性进行了实验研究,得到炉膛上部和烟道各受热面烟气沿高度方向的速度规律和烟气在上部炉膛中的流动规律,为解决热偏差问题提供了有价值的资料.

1 试验装置及试验技术

1.1 冷态模型试验台

四角切圆锅炉水平烟道流动特性的实验在以某电厂引进型300MW 四角切圆燃烧锅炉为对象,

按1 14的比例制做的整体冷态模型[1]上进行,主要对上部炉膛、水平烟道及转向室处烟气的流动进行模拟,得到上部炉膛和水平烟道各受热面烟气沿高度和宽度方向的速度分布并进行分析.

1.2 冷态模型试验遵守的原则

冷态模化是指冷模或冷炉试验时模拟没有燃烧升温状态下的炉内流动情况.根据相似原理,进行炉内冷态等温模化试验时应遵守的原则是[2]

(1)模型和实物几何相似;

(2)保持气流运动状态进入自模化区;(3)边界条件相似;

(4)保持模型和实物之间的动量比相等,根据控制方程和相似理论,导出炉内冷态等温模化试验的一、二、三次风动量比为1 5.33 2.78,与原型一、二、三次风动量比基本相等.

1.3 测孔布置

模型锅炉炉内气流流动特性由定性和定量试验相结合的原则进行.为了测量屏区的速度分布,在屏区下沿开有一测孔,分别从左右侧进行了10个点的风速测量.在前墙上开有9个测孔,测量气流在屏间的流动状况.在水平烟道的左右侧墙上均开有3列共10个测孔,每一个测孔沿炉膛方向均匀等分10个点,分别从左右两侧进行测量,以研究水平烟道烟速偏差的具体情况.在转向室的左右侧墙上均开有5个测孔,研究残余旋转对尾部烟道烟速偏差的影响.

收稿日期:2002-03-26

作者简介:刘 勇(1962-),男,湖北黄石人,副教授,主要研究方向为锅炉安全运行及故障诊断.

第35卷第6期2002年12月武汉大学学报(工学版)

Engineering Journal of Wuhan University Vol.35No.6Dec.2002

2 上部炉膛屏区流场分析

在屏区进行了3个部位的烟速测量,测得屏区的流场分布特征如下.

2.1 屏下烟速切向速度的分布

屏区入口切向速度分布如表1所示.

表1 屏区入口切向速度分布(炉宽方向,从左侧至右侧)m/s 测 点1点2点3点4点5点6点7点8点9点10点切向速度-2.10-1.10-0.50-0.45-0.400.450.500.55 1.10 2.10

由表1可知,气流在屏区入口处贴壁明显.这是由于炉内气流在到达屏区底部时衰减较小,气流仍存在较大的切向速度,因此呈现出两侧气流速度较高,而中间速度较低的分布.由于残余旋转的作用,左侧气流流向炉膛的前部,右侧气流直接流向炉膛出口.

2.2 前墙与前分隔屏间隙处的速度分布

通过布置在前墙上的9个测点,测得在前墙与分隔屏的间隙内,存在如表2所示的水平方向速度分布.

表2 前墙间隙处水平速度分布图m/s

前墙高度/mm左侧速度前墙速度右侧速度2835 1.68 1.36 1.51

3047 1.94 1.69 1.68

3259 1.71 1.53 1.56

由表2可知,分隔屏与前墙间隙处气流速度较高,有一部分气流经前墙与分隔屏的间隙绕流至右侧.

2.3 屏区中心速度分布

位于屏区中心不同高度处(相当于屏区下部、中部和上部)沿炉深方向在分隔屏与前墙间隙处的气流速度远大于屏区速度,而屏区中心速度较小且变化不大.

通过以上3个方面的测量,可知炉内旋转气流到达折焰角处,即进入屏区前,环量仍然很大,因此屏区气流绝大部分贴壁而行,进入分隔屏中心区域的气流量较小,这正是造成炉膛出口烟速偏差的关键因素.

3 水平烟道流场分析

3.1 试验数据的整理方法

3.1.1 沿烟道宽度方向的速度偏差E

为了评价水平烟道烟气速度分布的不均匀性,本试验采用速度偏差比E来反映水平烟道左右两侧速度场偏差程度,其定义为

E=

U R

U L

式中, U R为水平烟道右侧平均速度,m/s; U L为水平烟道左侧平均速度,m/s.

3.1.2 速度分布的不均匀系数M

速度偏差比E的大小反映了水平烟道左右两侧平均流速相差的悬殊程度,但无法反映局部速度偏差情况,也无法预报因局部高速、高温导致的爆管事故的发生,因此本试验采用速度不均匀性系数M来评价局部最大速度偏差情况,其定义为

M=

U+3 u

U

式中: u为标准误差, u=

1

n-1

n

i=1

( U-U i)2; n为测点数;U i各测点的速度,m/s; U为整个截面的平均速度,m/s.

由于标准误差对一组测量中的最大或最小更为敏感,因此用来评价局部速度场分布的不均匀性更为适合.

3.2 水平烟道速度分布

不同侧点处气流速度偏差比E见表3.表4~6表示了从水平烟道入口至出口各截面沿宽度方向的气流速度分布.

表3 气流速度偏差

测孔

左侧气流平均

流速U L/m s-1

右侧气流平均

流速U R/m s-1

速度偏差比E A1 1.840 2.148 1.17

A2 1.746 2.150 1.23

A3 1.352 2.248 1.66

A4 1.164 2.267 1.95

B1 1.848 2.014 1.09

B2 1.702 2.018 1.19

B3 1.398 2.286 1.64

C1 1.696 1.6280.95

C2 1.382 1.904 1.39

C3 1.284 1.790 1.39

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