姜少軍，劉大易

(1.綏芬河市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究所;2.黑龍江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究所)

0 引言

角置式切圓燃燒鍋爐以其燃料適應(yīng)性強(qiáng)、燃燒效率高等優(yōu)點(diǎn)，被我國(guó)電站鍋爐廣泛采用。但它存在的爐膛和受熱面結(jié)渣問(wèn)題，嚴(yán)重影響著鍋爐機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，尤其隨著高參數(shù)、大容量發(fā)電機(jī)組的不斷投入運(yùn)行，這個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)重性日益引起人們的關(guān)注。

在理論與實(shí)踐的反復(fù)結(jié)合過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)，鍋爐爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)特性是結(jié)渣的一個(gè)重要影響因素，而切向燃燒鍋爐的爐內(nèi)氣流流動(dòng)是一個(gè)帶有強(qiáng)回流的三維湍流流動(dòng)過(guò)程，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于四角切圓燃燒鍋爐的研究已初見(jiàn)成效，但六角切圓燃燒鍋爐由于它自身結(jié)構(gòu)的特殊性，爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性不能由其他類型的研究成果推廣得到，至今還沒(méi)有比較成型的研究成果，國(guó)內(nèi)學(xué)者曾做過(guò)一些有益的基礎(chǔ)性研究，但在工程中應(yīng)用的效果都不是很好.

多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，冷態(tài)?；囼?yàn)?zāi)軌虮容^真實(shí)地反映實(shí)際鍋爐的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)狀況。本試驗(yàn)是以富拉爾基發(fā)電廠4#爐為原型，通過(guò)不同試驗(yàn)工況的對(duì)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(yùn)行參數(shù)對(duì)爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性和結(jié)渣狀況的影響，研究如何組織合理的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)，并把研究結(jié)果應(yīng)用到原型中，對(duì)于指導(dǎo)工程實(shí)際具有十分重要的價(jià)值。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)原型簡(jiǎn)介

鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)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(cè)墻各一組.每組燃燒器共有三層一次風(fēng)噴口，每個(gè)一次風(fēng)噴口上下分別配制兩個(gè)二次風(fēng)噴口，一、二次風(fēng)相間布置，即采用均等配風(fēng)方式，設(shè)計(jì)假想切圓直徑為1000 mm。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用冷態(tài)等溫?；姆椒ǎ瑺t膛模型采用純幾何?；?，保證模型與原型的一、二次風(fēng)動(dòng)量比相等，試驗(yàn)在第二自?；瘏^(qū)進(jìn)行。原型與模型的?；壤秊椋?8.21∶1。試驗(yàn)采用乙二醇示蹤爐內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，在一、二次風(fēng)噴口上開(kāi)有示蹤孔，用加熱器將乙二醇液體加熱成蒸汽，通過(guò)示蹤孔加入燃燒器射流中，用攝像機(jī)進(jìn)行示蹤射流的運(yùn)動(dòng)軌跡和擴(kuò)散情況的錄像。

1.3 試驗(yàn)臺(tái)建設(shè)

試驗(yàn)臺(tái)為正壓通風(fēng)系統(tǒng)，由風(fēng)機(jī)、分配集箱、管道、風(fēng)箱、閘閥、笛形管流量計(jì)、爐膛和燃燒器模型組成。試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)如表1所示。

1.4 試驗(yàn)工況安排

表1 試驗(yàn)工況安排

2 試驗(yàn)結(jié)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(zhuǎn)強(qiáng)度低、旋轉(zhuǎn)動(dòng)量衰減快，特別是在上層燃燒器到爐膛出口區(qū)域，氣流旋轉(zhuǎn)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(fēng)切圓比二次風(fēng)大.一、二次風(fēng)出口射流與壁面形成回流區(qū)，并且自下而上逐漸增大。各層一、二次風(fēng)均有不同程度的偏轉(zhuǎn)并在下部偏轉(zhuǎn)的大一些，從而一次風(fēng)被卷吸進(jìn)角部回流區(qū)。

2)一、二次風(fēng)動(dòng)量比對(duì)爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)影響較大。一、二次風(fēng)動(dòng)量比偏小，即一次風(fēng)動(dòng)壓頭較低，則一次風(fēng)射流抗偏轉(zhuǎn)的“剛性”較弱，一次風(fēng)射流將與二次風(fēng)相分離，形成一次風(fēng)切圓在外、二次風(fēng)切圓在爐膛中央的現(xiàn)象。提高一、二次風(fēng)動(dòng)量比后一、二次風(fēng)分離現(xiàn)象明顯減小。

3)側(cè)墻燃燒器對(duì)爐內(nèi)流場(chǎng)影響較大。前后墻與側(cè)墻上燃燒器射流的擴(kuò)展區(qū)域不同，對(duì)上、下游的影響也不同。側(cè)墻燃燒器的射流對(duì)其上游燃燒器形成氣屏，不僅阻止上游射流的偏轉(zhuǎn)，也防止下游射流的偏轉(zhuǎn)。關(guān)停側(cè)墻燃燒器時(shí)，其下游燃燒器的射流將受上游燃燒器射流的直接沖擊，導(dǎo)致被沖擊氣流嚴(yán)重偏轉(zhuǎn)，氣流貼壁嚴(yán)重，將增大結(jié)渣傾向。

4)中、上排燃燒器噴口下傾對(duì)降低結(jié)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(yàn)可見(jiàn)，上層水平切圓進(jìn)一步減小，氣流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度減弱，不利于煤粉顆粒的螺旋上升，縮短了顆粒在爐內(nèi)的行程和停留時(shí)間。

5)加頂二次風(fēng)作用不顯著.加頂二次風(fēng)對(duì)上排燃燒器切圓的旋轉(zhuǎn)有一定的增加，但總體旋轉(zhuǎn)水平仍然很弱，射流達(dá)到切圓邊緣即有大部卷起，而并未卷進(jìn)中心切圓。

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

3 工程應(yīng)用

試驗(yàn)原型的設(shè)計(jì)煤種為扎責(zé)諾爾褐煤，自1996年大修后，后屏和高溫對(duì)流過(guò)熱器嚴(yán)重掛渣，幾乎被堵滿，頂部的抽熱煙氣口也存在著較重的結(jié)渣現(xiàn)象，只能通過(guò)降負(fù)荷來(lái)甩渣，曾幾次造成熄火，嚴(yán)重影響著電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

以此試驗(yàn)研究成果確立的工程技術(shù)改造方案：(1)提高一、二次風(fēng)動(dòng)量比，(2)加大上排燃燒器的二次風(fēng)切圓直徑，已經(jīng)通過(guò)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(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度增大，氣流擾動(dòng)明顯增強(qiáng)，射流偏轉(zhuǎn)程度減輕，無(wú)疑促進(jìn)了一、二次風(fēng)的充分混合，有利于煤粉的燃盡。取得了良好的效果：爐膛結(jié)渣明顯減輕，穩(wěn)燃性能很好，飛灰含碳量和排煙溫度不升高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不僅沒(méi)有降低，而且有所提高。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)工廠今后改造和運(yùn)行提出了建議：(1)盡可能使側(cè)墻燃燒器處于備用狀態(tài)，(2)提高一次風(fēng)速度。實(shí)踐證明本試驗(yàn)結(jié)果具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

［1］ 黃明達(dá)，李用全.CE600MW鍋爐爐膛冷態(tài)?；囼?yàn)研究［J］.發(fā)電設(shè)備，1989(9).

［2］ 徐旭常，毛健雄，增瑞良等.燃燒理論與燃燒設(shè)備［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

［3］ 郭宏生，涂通模等.大型鍋爐爐膛內(nèi)空氣動(dòng)力工況［M］.熱能動(dòng)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).