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反切配风对大容量锅炉炉内流场特性影响的研究

反切配风对大容量锅炉炉内流场特性影响的研究 2011年12月09日 来源： 分类号：TK223.23　文献标识码：A文章编号：1001－2060（2000）02－0116-03The Effect of an Reverse Tangential Air Distribution on the Flow Field Characteristics in a Large-sized Boiler FurnaceZhou Qulan　Dou Wenyu　Zhou Yuegui, et al（Xi'an Jiaotong University）Abstract：The in-furnace flow-field characteristics of a large-sized boiler were studied by way of experimental measurements and numerical simulation. The results of the experimental measurements fully agree with those of numerical simulation. In addition, in both cases the same conclusions have been reached. They are: 1. There exists at the furnace outlet of a large-sized boiler a speed excursion caused by a residual rotation; 2. There is a wall attachment tendency in the actual tangential circle at the burner zone of the large-sized boiler; and 3. The reverse tangential air-distribution mode can effectively reduce the level of rotating momentum flow rate moment in the furnace, and markedly weaken the residual rotation at the furnace outlet.Key words：boiler, secondary-air reverse-tangential circle, model test, numerical simulation▲1　引言　　四角布置切向燃烧是我国火电厂锅炉的主要燃烧方式。运行实践证明，锅炉水平烟道沿宽度方向上存在较大的烟温偏差，从而引发频繁爆管事故，并且，随锅炉容量的增加，烟温偏差有增大的趋势，严重影响了锅炉运行的安全和经济性。因此，如何改善水平烟道内的烟气分布是急需解决的课题。　　目前，学术界对此问题较一致的看法是由于炉膛出口处存在残余旋转而造成烟气流速沿流通截面分布不均匀，即烟速偏差［1］。所以，如何削弱炉膛出口的残余旋转成为问题的关键。燃烧器部分二次风反切正是通过反切气流与主体正旋气流间剧烈的动量、质量交换，使得主体气流旋转强度降低，炉膛出口残余旋转减弱，从而改善了水平烟道中左右侧速度分布的均匀性。因此，掌握炉膛内的流场结构随配风状况的变化规律，寻求合理的反切动量流率矩就成为本文的研究任务。本文从实验测量和数值模拟两条途径对炉内的流场进行了详细的分析。2　试验系统及试验内容　　本文以国产600 MW机组四角布置切向燃烧锅炉为原型进行了炉膛空气动力场冷态等温模拟试验，采用纯几何相似的模化方法。为此建立了1∶25的模型试验台，试验系统与测点布置见图1。气流速度采用恒温热线风速仪测量。图1　试验系统与测点布置　　在进行工况设计时，根据文献［2］引入反切与正切射流的旋转动量流率矩之比XJ这个无量纲准则数来作为炉内燃烧空气动力工况的基本判据，其定义如下：XJ=Σ（ρQWR）反切／Σ(ρQWR)正切其中：ρ为燃烧器喷口射流密度(kg／m3)；Q为燃烧器喷口射流体积流量(m3／s)；W为燃烧器喷口射流速度(m／s)；R为燃烧器喷口射流形成的假想切圆半径(m)。工况设计及相应的XJ见表1。表1　试验工况设计工况工况1工况2工况3工况4工况5反切层数及角度无反切1＃2＃(20°)1＃2＃3＃(20°)1＃2＃3＃(20°)5＃(15°)1＃2＃3＃(20°)5＃7＃9＃(15°)XJ00.410.71.122.69　　主要的测量对象是炉内的速度场，并由速度场推算出炉内表征旋转的物理量——炉内气流旋转动量流率矩(ρQW)R沿炉膛高度H的分布，计算式为：　　式中：ρ为气体密度(kg／m3)；V1为炉宽方向各测点切向速度(m／s)；n为炉宽方向测点数；V2为炉深方向各测点切向速度(m／s)；m为炉深方向测点数；ΔS为相邻测点距离(m)；ΔH为单位高度(m)；Li为炉宽方向各测点到炉膛中心的距离(m)；Lj为炉深方向各测点到炉膛中心的距离(m)。3　数值模拟的控制方程与定解条件　　数值模拟程序对炉内湍流流场采用工程上最常用的K－ε模型，其控制方程的通用形式如下：其中，为通用变量，Γ为扩散系数，S为源项。采用SIMPLE算法求解。　　程序

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