|
|
设
备
管
理
网
s
b
g
l
.
j
d
z
j
.
c
o
m
|
 |
切向燃烧锅炉气流反旋现象试验研究 |
|
|
| 切向燃烧锅炉气流反旋现象试验研究 |
|
作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 11:33:47  |
|
1 概 述
我国大容量切向燃烧锅炉，有的设计成顺时针方向旋转，有的则采用逆时针旋转。因炉内的气流总体上是旋转上升的，如按三维空间同时考虑气流的旋转和上升因素，并将其与机械杆螺纹做类比，又可称前者为左旋气流，后者为右旋气流。每一切向燃烧锅炉都有一个主旋向，无论是采用左旋还是右旋，都是将与设计的主旋向相反的那些喷口称为反切风口，并将与设计旋转方向相反的气流称为反旋气流，一般认为气流总体反旋现象出现在将各个角的燃烧喷口都设计成对冲或正切风与反切风的旋转动量极其接近的情况下，并认为在这种情况下气流的流动会出现时而正旋、时而反旋的不稳定现象。
为达到降低燃烧产物中的NOX等目的，近年来美国ABB-CE公司在锅炉上采用了加大部分二次风切圆技术(CFSI)和部分二次风反切技术(CFSⅡ)，这两种技术还具有一定的强化煤粉燃烧作用。国内则主要将后者用于消减因残余旋转而引起的炉膛出口和水平烟道的烟气偏差，以解决锅炉过热器和再热器的汽温偏差以及超温爆管问题。出于减弱炉膛结渣等目的，需要气流的旋转直径——有意识地将假想切圆直径设计得很小，甚至设计成一组对角对冲，另一组对角相切的形式。近年来，一次风微反切技术在国内有了开发和应用，石洞口第一发电厂300MW锅炉用以消减炉膛出口的烟气偏差，韶关发电厂200MW锅炉则用以减缓炉膛结渣，还有的用其强化煤粉的燃烧。反切风的使用，使设计旋转强度减小。
文献［1］在研究正反切风燃烧技术时，引入了反切风与正切风的旋转动量流率矩之比：
XJ=Σ(ρQWR)f/Σ(ρQWR)zh (1)
式中 ρQW——喷口处的动量流率；
R——假想切圆半径。
将XJ=0.6～1.2作为准则数，指导如何利用正反切风来消减炉膛出口残余旋转所造成的烟气偏差。
2 反旋现象简述
在进行炉膛空气动力场冷态模拟试验时，出现了炉内气流的反向旋转流动现象：炉内流场受到某种干扰，如在正压系统中，用长板将某个角的射流挡向逆设计旋转方向沿炉墙流动一段时间，该角燃烧器射流就会向原来的上游邻角冲击，并因此而引起连锁反应，使邻角间的上下游关系发生逆转，整个炉膛的气流都反向旋转流动起来；在流动稳定，将长板撤出炉膛后，炉膛的反旋气流仍然保持不变，甚至人为的在炉膛中加入一些较大的干扰，如试验人员频繁进入截面为630mm×750mm的炉膛模型内进行测试元件定位等操作，炉膛的反旋气流仍能保持稳定，未发生由反旋回到正旋的转换。试验还发现，反旋现象存在于这之后的几乎所有的试验工况中，而且在125MW级机组锅炉的冷态模化试验［2］和300MW级锅炉的冷态模化试验［3］等模型中也普遍存在。这当中，喷口为8～18层，喷口结构各异，炉膛有正方形也有矩形，旋转直径变化范围很大，却都能出现稳定的反旋流动现象。在采用负压系统的某600MW锅炉冷态空气动力场试验台上，用先开8层反切角为25°的CFSⅡ风，形成按设计方向旋转的流场后再开14层其它正切风，稳定后关掉CFSⅡ风的办法，同样重现了炉内气流反向旋转现象，而且很稳定。可见，反旋现象不是偶然现象，具有一定的稳定性和普遍性。
3 试验分析
对模型试验中5种结构工况的正旋与反旋流场进行了对比测量，并用无因次的旋转直径φ0.8，最大切向速度Vm、无因次壁面速度Vw/Vm和炉内气流旋转动量流率矩M4个特性参数［4］整理了试验数据，结果示于附表。将工况1、工况5正、反旋气流参数值分别计为M1和M5、B1和B5，二者的速度和各特性参数分布对比分别示于图1、图2和图3。其中图2和图3已经将反旋流场的M和Vm取成正值，以便于同正旋流场对比。
由附表及图1、图2和图3可看出，反旋流场与正旋流场非常相似，只是流动方向相反、4个特性参数值(绝对值)略小。大切角下部分截面的炉宽方向反旋流场的Vw/Vm还出现了负值，表明沿炉膛壁面有大面积的涡流存在。
图1 工况1的反旋与正旋气流的速度分布
图2 工况1的反旋与正旋气流的特性参数分布
用活动飘带观察和烟雾示踪发现，炉内气流反向旋转流动时，射流射出燃烧器喷口先是按原轴线流动，对炉内反向旋转气流形成一定的逆向冲击作用，但在炉内气流的横向冲击作用下很快发生偏转而转向，最终流向下游，又成为下游邻角气流偏转的推动力，射流轨迹有明显的拐弯点。气流所旋状况下喷口的背火侧还出现了较大涡流区。射流抗来流横向冲击的刚性不强，也没有对来流构成有效的逆向冲击，但转向后对下游的纵向冲击作用却仍很强，此时炉内气流旋转方向并未改变，仍是反向旋转流动。
图3 工况5的反旋与正旋气流的特性参数分布
附表 炉内正旋与反旋流场特性参数的对比
工况 结构说明 测试说明 0.8 Vw／Vm M*m Vm(m/s) 备 注
1 12层喷口中等间距
ΔP2:ΔP1=2.5
炉膛小切角 炉深方向
炉宽方向 正旋
反旋
正旋
反旋 0.78
0.73
0.75
0.70 0.77
0.68
0.62
0.53 12.45
-9.92
14.84
-12.28 7.34
-6.58
7.08
-6.50 多截面平均值
多截面平均值
多截面平均值
多截面平均值
2 12层喷口中等间距
ΔP2:ΔP1=1.9 炉深方向 正旋
反旋 0.87
(0.82)
0.89 0.86
(0.79)
0.81 15.44
(13.2)
-12.57 8.27
(7.57)
-7.32 单截面值
(多截面平均值)
单截面值
3 12层喷口大间距
ΔP2:ΔP1=1.9 炉深方向 正旋
反旋 0.78
(0.78)
0.73 0.76
(0.77)
0.62 12.84
(11.6)
-10.83 7.41
(7.15)
-6.96 单截面值
(多截面平均值)
单截面值
4 12层喷口大间距
ΔP2:ΔP1=2.5 炉深方向 正旋
反旋 0.73
(0.70)
0.62 0.67
(0.68)
0.52 10.71
(9.51)
-8.21 6.72
(6.51)
-6.00 单截面值
(多截面平均值)
单截面值
5 18层喷口大切角 炉深方向
炉宽方向 正旋
反旋
正旋
反旋 0.82
0.71
0.77
0.61 0.79
0.71
0.60
0.08 27.25
-16.02
29.27
-18.28 10.67
-7.82
9.81
-8.69 多截面平均值
多截面平均值
多截面平均值
多截面平均值
显然气流反旋时，相对于炉内旋转气流，相当于燃烧器的喷口已全部反切，按(1)式计算正切风的旋转动量流率矩M=Σ(ρQWR)zh=0，则XJ=∞，这已是该式无法反映和解释的现象。
在扁平射流射入有限空间出现附壁效应(Counda现象)［5］时，若空间是上下对称的，则气流是贴于上壁还是贴于下壁是偶然的，但是一旦发生贴于某壁后，就会形成稳定的流动工况，而且不易改变，属于双稳结构。若射流上下的空间偏差不大，同样可以发生附壁效应，只是容易偏向空间小的一侧，且稳定性也略高。空间小的一侧为正稳态，另一侧为亚稳态。切向燃烧锅炉炉内气流的反旋现象与附壁效应相类似，设计的气流主旋向处于正稳态。而反旋向处于亚稳态，入射切向角越小，向火侧与背火侧的边界条件越接近，正稳态与亚稳态的稳定性越接近，初始条件决定了旋转方向。
采用与炉膛对角线平行网格，用计算机进行数值模拟也得出了存在稳定的反旋流场的结果［6］。数值模拟还显示，燃烧器的入射切向角(燃烧器轴线与炉膛对角线的夹角)(θ≥5.4°)较小时用提高风速的方法来加大射流的入口正向旋转动量，炉内气流仍保持反旋不变；但当入射切向角超过某一定值(θ≤5.5°)时，即使将风速降低许多，炉内气流也会由反旋转变为正旋。在负压系统的600MW模型试验台上验证了数值模拟关于燃烧器的入射切向角对改变气流的旋转方向起主要作用的结论。同时投入所有的正反切风，炉内气流的旋转方向为正，此时关掉全部正切风，只留反切风，炉内气流的旋转方向将会发生向反切风方向的转变；而在形成反旋流场后再关掉所有反切风，正切风却不能将旋转方向调转过来。这时，射流的入射切向角起了主要作用。
4 结 论
a.切向燃烧炉膛中存在着稳定的反向旋转流动现象，与受限空间的附壁效应相类似，正、反旋流动构成一对双稳结构。对气流旋转方向起主要作用的是初始流场，改变气流旋转方向则需要逆向射流有较大的入射切向角；
b.在相当大的范围内，减少假想切圆直径甚至为负值，对缩小炉内气流旋转直径的作用不大，却会使气流旋转方向出现逆转；
c.应结合反旋现象，加大对反切风在旋转定向、消旋等方面的研究。必要时应设计大于入射临界角的定向风，并规定各风的投入次序，以保证炉内气流按设计方向旋转。
参 考 文 献
1 郭宏生等.四角布置切向燃烧锅炉水平烟道烟温汽温偏差原因分析及防止对策.动力工程，1996，(2)
2 安柏增.125MW级机组锅炉水平浓淡风煤粉燃烧器的冷态实验.哈工大硕士学位论文，1995
3 夏春怿.1025t/h锅炉应用浓淡风煤粉燃烧器的空气动力场实验研究.哈工大硕士学位论文，1996
4 彭 桦，朱 彤，马喜晨.切向燃烧炉内空气动力场的两个新参数.电站系统工程，1998，(2)
5 岑可法等.工程气固多相流动的理论和计算.杭州：浙江大学出版社，1990
6 朱彤等.切向燃烧锅炉模型中反旋现象的数值模拟.电站系统工程，1998
|
|
| 资讯录入：admin 责任编辑：admin |
|
|
上一篇资讯： 二相步进电机驱动集成电路SAA1042的应用
下一篇资讯： 汽轮发电机损耗计算的改进 |
|
|
| 【字体：小 大】【发表评论】【加入收藏】【告诉好友】【打印此文】【关闭窗口】 |
|
 网友评论：（只显示最新10条。评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！） |
|
|
|
|
|
