采用飘带示踪法研究某旋流燃烧器回流特性的试验

黄 辉，徐 龑，罗俊俊，向 晖

（1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.湖北方源东力电力科学研究有限公司，湖北 武汉 430077)

采用飘带示踪法研究某旋流燃烧器回流特性的试验

黄 辉1，徐 龑1，罗俊俊2，向 晖2

（1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.湖北方源东力电力科学研究有限公司，湖北 武汉 430077)

采用飘带示踪法对某厂新改造的DRB-4Z型旋流燃烧器进行冷态试验，重点研究了旋流燃烧器一、二次风配比，滑动调风盘开度，内二次风叶片角度及外二次风叶片角度对旋流燃烧器回流特性的影响。最后给出该类型燃烧器各调节机构合理的调节范围，可为热态调整提供指导意见。

DRB-4Z型旋流燃烧器；对冲燃烧；飘带示踪法；回流区

0 引言

湖北某发电厂640 MW级机组采用哈尔滨锅炉厂有限公司制造的型号为HG-1970/25.4-YM7，超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用对冲燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构Π型露天布置。2017年3月该机组进行超低排放改造，配置了B&W公司最新研制的Airejet和DRB-4Z型超低NOx双调风旋流燃烧器及OFA喷口，并增设贴壁风喷口。

1 旋流燃烧器特性

为研究旋流燃烧器高温烟气卷吸特性，冷态条件下采用飘带示踪法观测旋流燃烧器回流区。研究对象为DRB-4Z型旋流燃烧器[1]，位于前墙下层第4个燃烧器（C4旋流燃烧器）。该燃烧器外部可调节机构调节特性如下：

（1）滑动调风盘用于调节燃烧器二次风总量，可调范围为0～250 mm（开度越大，总风量越大）。

（2）内二次风风量占比较小，其作用为引燃煤粉，其叶片角度调节器可调范围为15°～55°（叶片与燃烧器中心线夹角余角，角度越小，旋流强度越大）。

（3）外二次风风量占比较大，其作用为提供煤粉充分燃烧所需空气，其叶片调节器可调范围为40°～80°（叶片与燃烧器中心线夹角余角，角度越小，旋流强度越大）。

（4）过渡风风量占比最小，控制燃料与二次风混合时间，可控制NOx生成，其风量调节器可调范围为0～150 mm（开度越大，风量越大）。

该类型旋流燃烧器结构示意图如图1所示。

图1 DRB-4Z型旋流燃烧器结构示意图Fig.1 Schematic diagram of DRB-4Z type swirl burner

2 研究过程及结果

2.1 试验工况安排

因过渡风风量占比最小，其风量调节器采用厂家推荐开度。研究方向包括一、二次风配比影响，滑动调风盘开度、内二次风叶片角度及外二次风叶片角度影响，工况安排如表1所示。

表1 试验工况选取Tab.1 Test conditions

2.2 试验测点布置

沿C4燃烧器中心横截面按网格法横向布置15条、纵向布置21条网格线，共计315个测点。测点布置图如图2所示。图中测量带1～15分别为沿C4燃烧器喷口深度方向横向布置的测点位置，测量带1～15离喷口距离依次为：0、190、340、490、640、790、940、1 140、1 340、1 640、2 040、2 540、3 040、3 540、4 040 mm。沿燃烧器喷口宽度方向每间隔200 mm左右各布置一个测点，左右侧各10个。在每个测点系一飘带（长约60 mm，左右方向不窜动，前后方向可自由活动）。

2.3 旋流燃烧器回流区特性

本文只研究旋流燃烧器回流区大小，不进行气流边界的观察和测量，喷口气流边界线（即下述图中细实线）采用外二次风喷口端面扩口延长线与网格边界交界线。

（1）一、二次风量配比对回流区影响

将C4燃烧器滑动调风盘开至最大，内、外二次风旋流强度调至最大并维持不变，仅依次调节C磨煤机入口一次风流量至0、30、45、60、90 t/h（DCS示值），即试验工况：01、02、03、04、05。测量C4燃烧器各喷口流速并计算通风量如表2所示，观测C4燃烧器喷口外网格截面飘带流向并绘制回流区如图3所示。

图2 试验测点布置图（图中“o”代表测点位置）Fig.2Layout of test points(“o”is location of test point)

图3 一、二次风配比对回流区影响（工况编号依次为01-05）Fig.3 The influence of the air flow ratio of the primary air and the second air

表2 风量计算及回流区特性计算结果Tab.2 Calculation of the air flow and the return characteristics

（2）内、外二次风叶片角度对回流区影响（滑动 调风盘全开位置）

维持C4燃烧器滑动调风盘全开位置（即250 mm）以及C磨入口一次风量45 t/h（DCS示值）不变，依次改变内、外二次风叶片角度，共9个试验工况，即试验工况：第一组，03、06、07；第二组，08、09、10；第三组，11、12、13。测量 C4燃烧器各喷口流速并计算通风量如表3所示，观察C4燃烧器喷口外网格截面飘带流向，并绘制出其回流区如图4所示。

图4 C4回流区第1～3组试验结果Fig.4 The result of the 1～3 group tests

表3 风量计算及回流区特性计算结果Tab.3 Calculation of the air flow and the return characteristics

（3）内、外二次风叶片角度对回流区影响（滑动调风盘中间位置）

维持C4燃烧器滑动调风盘中间位置（即125 mm）以及C磨入口一次风量45 t/h（DCS示值）不变，依次改变内、外二次风叶片角度，共7个试验工况，即试验工况：第一组，14、15、16；第二组，17、18；第三组，19、20。测量C4燃烧器各喷口流速并计算通风量如表4所示，观察C4燃烧器喷口外网格截面飘带流向，并绘制出其回流区如图5所示。

（4）内、外二次风叶片角度对回流区影响（滑动调风盘全关位置）

维持C4燃烧器滑动调风盘全关位置（即0 mm）以及C磨入口一次风量45 t/h（DCS示值）不变，在外二次风叶片角度40°时依次改变内二次风叶片角度，测量C4燃烧器各喷口流速并计算通风量如表5所示，观察C4燃烧器喷口外网格截面飘带流向，并绘制出其回流区如图6所示。共计3个试验工况，即试验工况21、22、23。

图5 C4回流区第1～3组试验结果Fig.5 The result of the 1-3 group tests

表4 风量计算及回流区特性计算结果Tab.4 Calculation of the air flow and the return characteristics

图6 试验结果（试验工况依次为21、22、23）Fig.6 The result of the tests(Test conditions:21,22,23)

表5 风量计算及回流区特性计算结果Tab.5 Calculation of the air flow and the return characteristics

3 试验结论

（1）一、二次风配比对旋流燃烧器回流区影响结果：随着燃烧器一、二次风量配比的增加，燃烧器喷口外回流区面积逐步减小，回流区中心位置越来越靠近燃烧器喷口中心，回流区扩角越来越大。

（2）内、外二次风叶片角度对旋流燃烧器风量影响结果：随着内二次风叶片角度增加，内二次风量同步增加；随着外二次风叶片角度增加，外二次风量同步增加。

（3）旋流燃烧器滑动调风盘全开且磨入口一次风量45 t/h（DCS示值），同一内二次风叶片角度时随着外二次风叶片角度增加，回流区面积呈逐步减小变化趋势，回流区扩角也呈逐步减小变化趋势；而随着内二次风叶片角度增加，回流区面积呈先增大后减小的变化趋势，回流区中心呈逐步靠近燃烧器喷口中心变化趋势，回流区扩角呈先增加后减小变化趋势。

（4）旋流燃烧器滑动调风盘中间位且磨入口一次风量45 t/h（DCS示值），仅内二次风叶片角度35°时，在燃烧器喷口外均可看到回流区，内二次风叶片角度过大或过小均无回流区；内二次风叶片角度为35°时随着外二次风叶片角度增加，回流区面积呈逐步减小变化趋势，回流区扩角也呈逐步减小变化趋势；且随着内二次风叶片角度增加，回流区面积呈先增大后减小的变化趋势，回流区扩角呈先增加后减小变化趋势。

（5）旋流燃烧器滑动调风盘全关位且磨入口一次风量45 t/h（DCS示值），各试验工况下均没有回流区。

4 建议

建议对该类型旋流燃烧器各调节器位置作如下调整：滑动调风盘开度范围推荐值为125～250 mm；内二次风叶片角度推荐值35°，外二次风叶片角度在60°，从而使燃烧器投运时能形成合理的卷吸高温烟气回流区。

该类型燃烧器回流区调整手段推荐：微调，则调整外二次风叶片角度；大幅度调整则考虑一、二次风量配比调整或滑动调风盘开度调整。

（References）

[1] 米翠丽,樊孝华,魏刚,等.DRB-4Z型双调风旋流燃烧器出口流场的数值仿真研究[J].热力发电,2012,41(11):36-40.MI Cuili,FAN Xiaohua,WEI Gang,et al.Numerical simulation of outlet flow field of DRB-4Z type dual channel swirl burner[J].Thermal Power Generation,2012,41(11):36-40.

The Return Characteristics Study of a Swirl Burner with Ribbon Tracer Method

HUANG Hui1,XU Yan1,LUO Junjun2,XIANG Hui2
(1.State Grid Hubei Electric Power Research Institute，Wuhan Hubei 430077，China;2.Hubei Fangyuan Dongli Electric Power Research Co.Ltd.,Wuhan Hubei 430077，China)

The cold experiment is carried out on a DRB-4Z type swirl burner of a new plant transformation using ribbon tracer method.The main influencing factors of the return characteristics of a swirl burner are studied,such as the air flow ratio of the primary air and the second air,the opening position of sliding air regulating plate,the angle of the inner second air blade,and the angle of the external second air blade.Finally,the reasonable regulating range of each regulating mechanism of the burner is given,and the guidance for hot adjustment is provided.

TM621.2

A

1006-3986(2017)05-0041-06

10.19308/j.hep.2017.05.010

2017-04-12

黄 辉（1986），男，江西吉安人，硕士，高级工程师。

[Abstract]DRB-4Z type swirl burner;opposed combustion;ribbon tracer method;re-circulation zone