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作者:ope体育体育赛事|2020-04-01|浏览:95

ope体育体育赛事切圓鍋爐爐膛出口氣流殘余旋轉

ope体育体育赛事切圓鍋爐爐膛出口氣流殘余旋轉特性的研究手段,開展切圓鍋爐爐膛出口處氣流殘余旋轉的形成、鍋爐設計參數和運行參數對殘余旋轉的影響、以及殘余旋轉對煙氣速度偏差影響的研究。研究結果對切圓鍋爐的設計和運行有重要意義。模型試驗臺系統0緒論四角切向布置燃燒器鍋爐是把整個爐膛作為一個大型燃燒器,在爐膛中央低壓區使煤粉、氧氣、火焰和高溫煙氣充分混合,ope体育体育赛事具有火焰行程長、湍動混合強、燃燒效率高、煤種適應廣等特點,因而在大型火力發電主力機組中廣泛應甩然而,這種四角切圓燃燒方式以及在其基礎上修正和改進的墻式布置燃燒器技術和新型CUF燃燒方式等都會在水平煙道中出現過大的氣流速度偏差和熱力偏差。

引起煙氣速度偏差的直接原因是爐膛出口處氣流存在的殘余旋轉雖然,國內外對爐膛出口處氣流的殘余旋轉已有一定研究然而,殘余旋轉的形成鍋爐設計參數和運行參數對爐膛出口氣流殘余旋轉的影響、以及殘余旋轉對煙道氣流速度偏差的影響等問題,尚無規律性認識。因此,本文通過模型試驗和數值模擬手段開展爐膛出口氣流殘余旋轉特性研究,以尋求切圓鍋爐的設計和運行參數、殘余旋轉、煙氣速度偏差三者之間的變化規律,這對促進機組向高參數大容量發展及安全經濟運行有重要工程意義1試驗臺系統和研究方法所示的試驗臺是根據某300MW鍋爐采用純幾何相似加爐底風模化理論以11.39比例縮小而成模型爐膛寬1009mm深846mm從裝有篩形網格均流板的冷灰斗底部將爐底風引到爐膛內部,可保證模型和原型爐內氣流斯特勞哈So準則數相同,以期再現實爐遠場氣流的運動燃燒器噴口從下至上分別為AAAABBBCCDE層噴口,燃料風,輔助風AAABBCCDDEEF層噴口和燃盡風OFA層噴口氣流的模化風速分別為25.7m/s,23.74m/s,32m/s,32m/s時不僅模型爐膛、燃燒器水平煙道中氣流運動進入第二自模區,且原型和模型各次風噴口氣流動量比對應相等。在試驗時,用細、軟、短線制成的風標來定性顯示煙道中氣流流向,用熱電風速計和三孔探針來定量測量煙道氣流速度分布;測點布置同見同時,本文應用投影法,采用K-X又方程湍流模型,使用混合差分和交錯網格,對原型鍋爐劃分30<25<55個網格進行不同鍋爐設計參數和運行參數改變下的爐膛出口處氣流殘余旋轉強度的數值模擬2研究內容2.1四角切圓鍋爐膛出口氣流殘余旋轉的形成機理從四角燃燒器噴口噴出的射流沿錯動的燃燒器噴口軸線進入爐膛后,在上游環流作用下向水冷壁偏轉,此偏轉射流尾端受下游鄰角射流的攔截而彎曲,形成爐內旋轉氣流隨著燃燒器噴口一層層的上移,逐層切向進入爐內各次風的射流加速了爐內氣流的旋轉過程,并在頂層燃燒器噴口截面處爐內氣流旋轉動量達到峰值旋轉氣流最初進入燃燒器以上爐膛空間時尚能保護頂層燃燒器噴口截面處氣流的旋轉動量。然而,呈發散旋轉的氣流在向上爐膛運動過程中,由于缺少來自四角燃燒器噴口噴射射流的加速旋轉,且受爐膛壁面的推擋拖曳及在運動過程中的湍動耗散作用下,爐內氣流的旋轉不斷衰弱。但爐膛出口處的氣流仍具有一定的旋轉能力。

中,R為爐膛截面當量半徑,r為氣流旋轉半徑,u和w分別為氣流軸向和切向速度;則爐膛出口處的氣流旋轉強度W為殘余旋轉(爐膛出口氣流逆時針方向旋轉的W為正:反之為負)示出了爐內氣流旋轉強度沿著爐膛高度變化的數值模擬結果可見,爐底(爐膛高度為0.5m)處氣流旋轉強度過大是由于底部氣流在爐內主氣流的帶動下爐內氣流旋轉強度沿著爐膛高度變化2.2鍋爐設計參數和運行參數對爐膛出口殘余旋轉的影響筆者進行了包括燃燒器噴口氣流速度、爐膛尺寸、假想切圓直徑等設計參數和二次風反切角度、二次風反切層數燃燒器擺動角度、鍋爐負荷等運行參數改變下爐膛出口氣流殘余旋轉特性的數值模擬只轉不升;燃燒器下端(爐膛高度為6.17m)氣流不同爐膛尺寸下的殘余旋轉旋轉強度又達新高是因為燃燒器下層噴口射流切在其它參數不變,燃燒器噴口速度分別為額的數值模擬結果如此時」一、、Publishing向配風加強了爐內氣流旋轉,且在上層射流的壓制下,下層燃燒器噴口射流上升緩慢而在爐內不停旋轉。隨著噴口的上爐內氣流軸向動量矩的200%300%和1000%等6種不同速度下爐膛出口氣流殘余旋轉流速度分別對應為:(6./s)可見:整組燃燒器噴口射流速度同時增大和減小對爐膛出口殘余旋轉的影響不明顯此外,5(%和100%噴口速度2個工況下模型試驗結果也表明爐膛出口處氣流殘余旋轉基本一致。

在其它參數未改變下,爐膛尺寸分別為原型鍋爐的、2%10%20%50%10(%6個工況爐膛出口氣流殘余旋轉的數值模擬結果如X2352mm7011mmX5880mm和14022mmX11760mm可見,隨著爐膛尺寸的增加,爐膛出口氣流殘余旋轉增大。因此,切圓鍋爐向大容量的發展使爐膛尺寸增加必將導致爐膛出口殘余旋轉增大;即大機組煙道氣熱力偏差更為加胤不同燃燒器噴口擺動方式下的殘余旋轉圓直徑,D為爐膛寬深和之半;)分別為0.1482710.3910.5094個工況爐膛出口氣流殘余旋轉結果,如可見,假想切圓的增加將使殘余旋轉顯著增大因此,減小假想切圓直徑亦是弱余旋的一個可靠途徑鍋爐運行參數對爐膛出口殘余旋轉的影響燃燒器噴口全部上擺30°、上擺15、水平布置、下擺15°、下擺305個工況下爐膛出口氣流殘余旋轉的數值模擬結果如可見,燃燒器噴口水平放置時爐膛出口殘余旋轉為最大,原因是噴口水平布置時促使爐內氣流切向旋轉的水平速度分量最大燃燒器噴口的向上擺動和向下擺動都將使爐膛出口氣流殘余旋轉減弱。

不同反切層數上的殘余旋轉二次風噴口全部反切05、1015°、20、256個工況下爐膛出口氣流殘余旋轉變化如如定義反正向理論旋轉動量矩比是以爐膛中心為支點的燃燒器噴口反正向氣流理論旋轉動量矩比值,H=(霉;正,其中逆時針方向為正,則上述試驗工況的理論反正向旋轉動量矩比對應為0DEEFOFA層)7層(所有二次風)反切25個工況下爐膛出口氣流殘余旋轉如此時對應的理論反正向旋轉動量矩比分別為00.399646可見,和變化規律基本相同,都有一個隨著反切動量矩的增加,殘余旋轉先降低到最低值后換向旋轉又增大的過程。反切方式的改變可使殘余旋轉變化幅度加大net當然,反切不當也會使殘余旋轉增加顯著鍋爐負荷為10(%MCR20%MCR5個工況爐膛出口氣流殘余旋轉的變化如可見,隨著鍋爐負荷的降低,爐膛出口處殘余旋轉總體上將減弱。因此,在高負荷時,大的殘余旋轉引起高的速度偏差加上高的煙氣溫度將使煙氣熱力偏差加劇,這在實際運行時應該加以重視。

3殘余旋轉對煙道氣流速度偏差的影響(1)殘余旋轉引起煙氣速度偏差的過程雖然四角切圓鍋爐爐內有著強烈的風、粉、煙、火等物質的摻混過程,對于四角均勻投粉、配風正常的運行工況來講,可認為截止到分隔屏底,爐內氣流的溫度場和速度場是左、右對稱的,不存在氣流速度、溫度偏置現象然而,隨著旋轉氣流離開垂直爐膛向后部水平煙道運動過程中,殘余旋轉的存在使氣流在左右兩側煙道中形成速度偏差。

殘余旋轉對屏區氣流速度偏差影響對殘余旋轉方向為逆時針的鍋爐,旋轉氣流進入分隔屏后,在左半屏區,由于氣流切向速度方向與水平煙道煙氣流向相反,在軸向速度的作用下,氣流一邊向前墻上升運動,一邊衰減氣流中除小部分經分隔屏與前墻的空隙繞流至右側,絕大部分在接近爐膛頂部時轉變進入水平煙道而在右半屏區,由于切向速度方向順著水平煙道煙氣流向,因而氣流進入屏區后,上升很短的高度便快速轉入水平煙道,即發生了氣流“短路”左半屏區中氣流有一個速度衰減、滯止及反向加速過程,已經反向加速的前峰氣流會與后續對沖而來的氣流產生相對碰撞;而右半屏區內氣流則平穩地加速流向爐后顯然,左側屏區內煙氣向爐后運動的阻力大于右側,從而造成左半屏區煙氣流量低于右側屏區煙氣流量。0所示的后屏過熱器后氣殘余旋轉對水平煙道中氣流速度偏差的影響以末級再熱器后的氣流速度分布為例,1的模型試驗結果表明:水平煙道內氣流速度分布沿寬度和高度方向都不均勻。下半水平煙道右側的氣流速度大于左側氣流速度;而上半煙道的左側氣流速度接近于甚至略大于右側氣流速度在爐寬方向,同一測孔的兩側氣流速度比中間部位的略高,左半煙道和右半煙道各有一個速度峰值,且以右側峰值為高。在高度方向,右半煙道從下部到上部氣流速度有逐步減少的趨勢,而左側水平煙道則有逐步增加的趨勢;左右兩側氣流速度偏差比沿著煙氣的流程方向逐步減少。

殘余旋轉對尾部煙道氣流速度偏差的影響爐膛出口的殘余旋轉引起的“短路”氣流沿著煙道底部作快速流動,使得水平煙道氣流速度在各受熱面后出現偏差進入換向室后,這股仍保持一定逆時針旋轉慣性的“短路”氣流,在撞擊后包覆受熱面后,部分氣流漸漸進入左半尾部煙道這使低溫過熱器上部截面左右兩側氣流速度偏差程度明顯減弱。繼續旋進的這股氣流將使省煤器上部截面氣流速度偏差呈現左高右低的現象;此時的速度偏差系數為負(2)殘余旋轉強度的改變對煙道氣流偏置程度的影響筆者進行了殘余旋轉強度分別為:0準工況)0.153(反切一層)0.106(反切四層)0.3376(二次風全部反切)4個工況的模型試驗。

此時,對應的反正向氣流理論旋轉動量矩比分別為:0定義:水平煙道中速度不均勻系數X=-左,其中U右,C左為右半煙道和左半煙道截u面上的平均速度,-為整個煙道截面平均速度不同殘余旋轉下各受熱面后速度不均勻系數的變化如2所示。

屏過后屏再后末再后末過后低過上省煤器2不同殘余旋轉下煙道氣速度偏差變化可見,爐膛出口處氣流殘余旋轉與水平煙道中氣流速度偏差系數的符號一致當殘余旋轉為正時,水平煙道氣流偏置右半側;當殘余旋轉為負時,水平煙道氣流偏置左半側丨此外,不管殘余旋轉為正為負,氣流速度偏差程度與殘余旋轉強度的大小成正比。當殘余旋轉數值減小時,速度偏差系數降低;反之亦然殘余旋轉的大小一定,則氣流速度偏置程度一定3結論爐膛出口氣流殘余旋轉是四角切向燃燒方式所固有的,它是引起水平煙道氣流速度偏差的根源。

假想切圓的改變和部分燃燒器噴口的反切將使殘余旋轉的變化幅度變大;因此縮小假想切圓和進行部分噴口反切是實現消旋的有效手段。合理的反切理論上可以使爐膛出口處的氣流出現“零余旋”,進而使煙道氣流形成“零偏置”。