六角切圆燃烧锅炉炉内空气动力特性的研究

2012-09-19姜少军刘大易

应用能源技术 2012年7期

姜少军，刘大易

(1.绥芬河市特种设备检验研究所;2.黑龙江省特种设备检验研究所)

0 引言

角置式切圆燃烧锅炉以其燃料适应性强、燃烧效率高等优点，被我国电站锅炉广泛采用。但它存在的炉膛和受热面结渣问题，严重影响着锅炉机组的安全、经济运行，尤其随着高参数、大容量发电机组的不断投入运行，这个问题的严重性日益引起人们的关注。

在理论与实践的反复结合过程中，人们发现，锅炉炉内空气动力场特性是结渣的一个重要影响因素，而切向燃烧锅炉的炉内气流流动是一个带有强回流的三维湍流流动过程，目前国内外对于四角切圆燃烧锅炉的研究已初见成效，但六角切圆燃烧锅炉由于它自身结构的特殊性，炉内空气动力特性不能由其他类型的研究成果推广得到，至今还没有比较成型的研究成果，国内学者曾做过一些有益的基础性研究，但在工程中应用的效果都不是很好.

多年的实践经验表明，冷态模化试验能够比较真实地反映实际锅炉的炉内空气动力场状况。本试验是以富拉尔基发电厂4#炉为原型，通过不同试验工况的对比分析，目的是了解六角切圆燃烧锅炉的燃烧器布置方式和运行参数对炉内空气动力特性和结渣状况的影响，研究如何组织合理的炉内空气动力场，并把研究结果应用到原型中，对于指导工程实际具有十分重要的价值。

1 试验内容

1.1 试验原型简介

锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-670/14-12型煤粉锅炉。六组燃烧器分别布置在炉膛四壁上：前后墙各两组，两侧墙各一组.每组燃烧器共有三层一次风喷口，每个一次风喷口上下分别配制两个二次风喷口，一、二次风相间布置，即采用均等配风方式，设计假想切圆直径为1000 mm。

1.2 试验方法

试验采用冷态等温模化的方法，炉膛模型采用纯几何模化，保证模型与原型的一、二次风动量比相等，试验在第二自模化区进行。原型与模型的模化比例为：18.21∶1。试验采用乙二醇示踪炉内气流运动轨迹的方法，在一、二次风喷口上开有示踪孔，用加热器将乙二醇液体加热成蒸汽，通过示踪孔加入燃烧器射流中，用摄像机进行示踪射流的运动轨迹和扩散情况的录像。

1.3 试验台建设

试验台为正压通风系统，由风机、分配集箱、管道、风箱、闸阀、笛形管流量计、炉膛和燃烧器模型组成。试验台系统如表1所示。

1.4 试验工况安排

表1 试验工况安排

2 试验结果分析

1)六角切圆燃烧锅炉与四角相比，切圆直径小、气流旋转强度低、旋转动量衰减快，特别是在上层燃烧器到炉膛出口区域，气流旋转衰减明显并很快消失。下层燃烧器切圆较大，上、中层燃烧器切圆较小，一次风切圆比二次风大.一、二次风出口射流与壁面形成回流区，并且自下而上逐渐增大。各层一、二次风均有不同程度的偏转并在下部偏转的大一些，从而一次风被卷吸进角部回流区。

2)一、二次风动量比对炉内空气动力场影响较大。一、二次风动量比偏小，即一次风动压头较低，则一次风射流抗偏转的“刚性”较弱，一次风射流将与二次风相分离，形成一次风切圆在外、二次风切圆在炉膛中央的现象。提高一、二次风动量比后一、二次风分离现象明显减小。

3)侧墙燃烧器对炉内流场影响较大。前后墙与侧墙上燃烧器射流的扩展区域不同，对上、下游的影响也不同。侧墙燃烧器的射流对其上游燃烧器形成气屏，不仅阻止上游射流的偏转，也防止下游射流的偏转。关停侧墙燃烧器时，其下游燃烧器的射流将受上游燃烧器射流的直接冲击，导致被冲击气流严重偏转，气流贴壁严重，将增大结渣倾向。

4)中、上排燃烧器喷口下倾对降低结渣作用不大。中上排燃烧器下倾虽然可以降低火焰中心的位置，有利于煤粉的燃尽，但从示踪试验可见，上层水平切圆进一步减小，气流旋转强度减弱，不利于煤粉颗粒的螺旋上升，缩短了颗粒在炉内的行程和停留时间。

5)加顶二次风作用不显著.加顶二次风对上排燃烧器切圆的旋转有一定的增加，但总体旋转水平仍然很弱，射流达到切圆边缘即有大部卷起，而并未卷进中心切圆。

6)上层二次风切圆加大有利于炉内燃烧.示踪显示上层燃烧器处的气流旋转明显加强，沿炉膛轴向速度降低。

3 工程应用

试验原型的设计煤种为扎责诺尔褐煤，自1996年大修后，后屏和高温对流过热器严重挂渣，几乎被堵满，顶部的抽热烟气口也存在着较重的结渣现象，只能通过降负荷来甩渣，曾几次造成熄火，严重影响着电厂的安全经济运行。

以此试验研究成果确立的工程技术改造方案：(1)提高一、二次风动量比，(2)加大上排燃烧器的二次风切圆直径，已经通过可行性论证，被电厂采用并在大修期间完成了工程改造。改造后炉膛内气流旋转强度增大，气流扰动明显增强，射流偏转程度减轻，无疑促进了一、二次风的充分混合，有利于煤粉的燃尽。取得了良好的效果：炉膛结渣明显减轻，稳燃性能很好，飞灰含碳量和排烟温度不升高，技术经济指标不仅没有降低，而且有所提高。