摘要：对配备直流缝隙式生物质燃烧机的法国s tein公司360Mw机组的w型火焰锅炉进行了冷态模型的空气动力特性研免利用热线风速仪测量改变生物质燃烧机角度前后炉内的流场速度，得出了不同工况下炉内W型气流的流场图，并对不同工况下的流场气流速度分布规律、炉内气流的充满度、气流行程、炉膛出口处的气流速度偏差等进行了分析。研究了炉内空气动力场的特性和变化规律，图8表l参6

 0前言

    由于挥发份含量较低( Vda,≤10%)，无烟煤的着火温度高。着火、稳定燃烧以及燃尽都比较困难，如何使锅炉安全经济的燃烧无烟煤等低反应能力的煤种一直困扰着电力工\IVo国内锅炉在燃烧无烟煤时主要选用固态排渣煤粉炉井采用直流生物质燃烧机四角切圆燃烧方式，在实际运行中普遍存在着火不好燃烧不稳定燃料的灰熔点低时易结渣、飞灰可燃物含量高及低负荷燃烧必须投油等问题；而W型火焰锅炉由于采用了煤粉浓lf长火炮分级送风燃：强敷设卫燃带等技术措施，有于燃料的着火、火焰的稳定以及燃料的燃尽，使锅炉在煤种适应性、低负荷稳燃能力、飞灰燃尽率等方面的优势大大提氙

    华能国际电力公司在80年代中期先后引进了6台大容量W型火焰锅炉以提高燃烧无烟煤等低反应能力煤种锅炉的运行安全性和经济性，分别安装在珞璜电厂、岳阳电厂、上安电厂等3个电厂这6台锅炉在运行中均表现出了稳燃能力强、燃烧效率高、对负荷变化适应性强的优势，但由于引进的时间短，并且国内外对W型火焰锅炉的研究还远远不够，W型火焰锅炉的技术还有不成熟之处所以W型火焰锅炉仍有一些问题需要解决如珞璜电厂的W型火焰锅炉因火焰冲刷前后墙上部造成严重结渣和高温腐蚀等问题被迫进行二期改造，将一部分二次风引入一次凤喷口和前后墙之间，以期形成一层气膜保护前后墙。保证锅炉的安全运行：上安电厂的锅炉在运行初期曾出现过热器超温和炉膛上部结渣等问题本文根据相似模化理论。针对珞璜电厂W型火焰锅炉存在的问题，制造了1：20的模型，进行了冷态流场的模化实验研究。通过改变锅炉的结构因素来研究流场的变化规律，寻找解决问题的方法

1实验技术与实验系统

    炉膛在进行空气动力场模化研究时。由于自身结构的复杂性。完全满足模型实验所应遵守的条件是无法实现的，并且由于对W型火焰锅炉的模化还缺乏经验。一般对炉内流场只能作相对可靠的等温模化，并且根据相似原理遵守以下3个原则：①模型与原型保持几何相似：②保持气流流动状态进入第二自模化区；③生物质燃烧机各喷口的气流动量流率比相等即边界条件相似

    本实验始终都是在严格遵守这3个原则下进行魄

    实验模型所采用的原型为珞璜电厂的W型火焰锅炉，将原型的结构尺寸按1：20的比例缩小得到模型各部分的几何尺寸：生物质燃烧机原型是直流缝隙式生物质燃烧机f一二次风沿炉宽方向相间布置）。模型喷口的尺寸均按几何相似1：20的比例严格缩小得到。

    实验中作者现场测出W型火焰锅炉的临界雷诺数Re,j=45 000，并且保证实验的各个工况炉膛截面处的Re数大于此R日，，所以实验所测试的工况均处于第二自模化区

    为了研究W型火焰锅炉的炉内空气动力场，作者建立了冷态模型实验中。实验系统如图1所示实验台为钢架结构，采用三维封闭式冷态模型，模型两侧墙全为有机玻璃，一面用来观察气流方向，另一面布置测孔，测孔位置如图2所示，共有284个测孔。水平烟道与引风机入口管道相连接，实验时启动引风机，空气由各喷口进入炉膛，整个系统为负压系统

    本实验采用的主要设备有：1050A型双通道恒温热线风速仪及配套的单丝探头，数据采集板( IM P3539-IC)、计算机打印机(EPSON LQ-150K)、电子微压计以及引风机等。

结构与原型相同，生物质燃烧机轴线向前后墙倾斜的角度为60，喉口处的流通截面积占燃烧室截面积的51%：工况2 3的各次风速度与工况1相同，但在结构中增加了应用己比较成熟、效果明显的折烟角，并将拱向内延伸使喉口处的流通截面积占燃烧室截面积的45%，同时减小生物质燃烧机的角度-苴中工况2生物质燃烧机的角度为00f即气流垂直向下喷入燃烧室），工况3为罗：比较角度和结构变化前后流场的变化情况，总结变化规律，为锅炉的运行、改造与设计提供科学的实验依据

    实验的工况设置如表1所示。

2.1炉内流场图分析

    图3是工况1 2 3的流场图。从图3(a)中可以看出。工况1的炉内气流整体分布比较合理，气流的行程较长，无量纲穿透深度CH=0.44，基本到达了冷灰斗的上缘，不存在火焰短路或气流冲击冲刷冷灰斗的问题：在前后拱的下部有明显的气流回流，形成2个比较对称的涡旋，这在实际运行中会引起大量的高温烟气回流到煤粉的着火区域，对低挥发份煤的着火大有好处；冷灰斗处的流场基本上由速度较低的气流形成：燃尽室转弯处的充满度较差：拱部的一二次风在向下流动的过程中与前后墙所布置的三次风和乏气混合，在冷灰斗上缘处转弯上升，沿炉膛的中轴线上升，形成对称的W型火焰

    改变生物质燃烧机角度后，工况2 3的流场分布趋于合理。CH分别为0.49和Q 44，也不存在火焰短路和冲冷灰斗的问题，火焰成对称的W型；增设折烟角后，气流对炉膛出口转弯处的冲刷加强，破坏了滞止区，增大了充满度，有利于这一区域受热面的安全运行

    图4是工况l 23靠墙气流W。的分布图。由图4fa）可以看出一、二次风射流由生物质燃烧机喷出后冲刷前后墙的情况比较严重，冲墙范围为X<Q 15YJ区域即第一排上三次风喷口以上的区域，在此区域内冲墙速度最高已超过7m／s，大于4m／。的警戒速度，有引起前后墙上部结渣和高温腐蚀的潜在危险，这是应引起注意的问题而图4(b)’4(c)显示生物质燃烧机角度改变后，气流冲墙的情况大为改变，其中生物质燃烧机角度为0时已完全没有冲墙的现象，而生物质燃烧机角度为30时冲墙的现象虽然依然存在，但是冲墙的强度减轻了，所以生物质燃烧机的角度对气流冲墙有决走性的作用f这里要注意，在坐标系中，对于前墙来说，冲墙气流的速度为负值，而对于后墙来说，冲墙气流的速度为正值）

从图5(a)中可以看出在拱的安全控制区域有超过4m／s的冲拱气流。存在冲刷拱部的现象，虽然作用区域较小，速度幅度也小，但还是有引起喉口部位结渣的危险而生物质燃烧机角度的减小，气流的行程增加。再加上拱延长后。拱的导流作用得到加强，使大量气流回流并下压，前后拱下回流区的范围加大。拱部附近的气流速度相对减小，因而气流对拱部的冲刷强度大大减轻。基本上已不存在气流冲刷拱的问题，如图5(b)、图5(c)Ffr示（在坐标系中，冲刷拱部的气流方向应为v的负方向、

    由以上分析可以看出。改变结构后，炉内流场的变化十分明显，流场分布趋于合理。前后墙结渣、喉口结渣，烟气短路的问题均己得到较好的解决，所以改变结构成功的解决了原型中存在的问题，综合来看，工况2是一个相对更好、更理想的工况

2.2炉内向下气流无量纲最大速度蜘。。的衰减规律

    图6是工况l 2 3的炉内向下气流无量纳最大速度”…的变化曲线从图上可以看出：总的变化趋势是‰。基本呈指数规律不断减小当拱部

一、二次风由生物质燃烧机进入燃烧室时，

 2.3炉膛出口的速度偏差分析

    图7是工况123炉膛出口局部速度不均匀系数LM的分布图。LM是衡量速度偏差大小的量度。从炉膛出口速度不均匀系数分布可以看出炉膛出口速度的均匀性，从而可以推出温度分布的均匀性。图7显示出/M似测点10，23，36所在y{截面为例，位置如图2中的小黑方块所示）的变化却很小，这说明气流速度沿z向的分布是均匀的。偏差很小。这是由W型火焰锅炉所采用的结构和燃烧方式与采用四角切圆燃烧方式的锅炉不同决定的，前者的结构与风量配置对称并且炉膛出口气流没有后者中存在的残余旋转，所以前者炉膛出口气流的速度左右分布较均匀。速度偏差小。因此W型火焰锅炉炉膛出口的气流速度偏差不大。分布均匀，对锅炉的安全运行十分有利，同时也说明，改变生物质燃烧机角度不会影响W型火焰锅炉炉膛出口速度分布均匀的优点

    图7局部速度不均匀系数分布

2.4炉内气流充满度的变化规律

    图8是工况l 23充满度)qYJ变化曲线，从图8上可以看出：在初始阶段射流较强。衰减较慢，又处于燃烧室的出口同时拱下还有较大的回流，使初始区内的气流速度保持高的水平，所以气流的充满度刚开始就接近1.0，并且变化缓慢：此后随着y的增加，由于向下气流已经受到极大的衰减，大部分气流也己转弯向上，使此区域的速度水平大幅度降低，致使充满度大幅度降低；生物质燃烧机角度变小后，气流行程增加，主气流的作用区域加。 气流间的混合更加充分，燃烧室区域内的气流速度整体分布趋于均匀。气流的充满度比较高，并且生物质燃烧机的角度越小，炉膛内的气流充满度就越高一些。

    (1)锅炉的原型存在结构缺陷，燃尽室的转弯处没有装折烟角，充满度差，存有死滞区；存在火焰冲刷前后墙，气流冲刷拱部的问题，有可能造成严重结渣，威胁锅炉的安全运行；

    f 2)改变原型生物质燃烧机角度并加折烟角、延长拱后。炉内流场的变化十分明显。流场分布趋于合理，火焰保持对称的W形，火焰行程加长，充满度增大。炉膛出口速度分布更加均匀。不仅完全保持了原型结构所有的优点，而且解决了可能导致前后墙结渣喉口结渣．烟气短路的问题：

    (3)对前后墙X<Q 2的区域应加强防范措施，减轻火焰冲墙所带来的危害：

    (4) W型火焰锅炉炉膛出口气流的速度偏差很小。速度左右分布均匀。有利于受热面的安全运行：

    (5)综合考虑，工况2成功地解决了原型中存在的问题。