论文摘要
四角切向燃煤锅炉炉内实际切圆直径是切向燃烧的炉膛空气动力特性的一个重要参数,它对稳燃、炉膛结渣以及炉膛出口的烟速、烟温偏差有很重要的影响。影响实际切圆直径的主要参数有:假想切圆直径,燃烧器高宽比,燃烧器喷口总面积与炉膛截面积之比,燃烧器的间隙率,一、二次风动量比,燃烧器摆角等。本文以2008t/h和670t/h锅炉为研究对象,主要从炉膛内燃烧器射流组合方式,不同燃烧器高宽比方面出发,进行试验研究和数值模拟计算分析。在2008t/h四角布置切圆燃烧锅炉冷态模化试验台上,采用热球风速仪对炉膛燃烧器区域在10种工况下进行了流场测量,并对试验数据进行了整理,获得了燃烧器区域射流切圆直径随射流层数即燃烧器高宽比变化的规律,并且应用CFD软件在相同工况下对实炉进行了数值模拟。试验及模拟结果表明,随着燃烧器高宽比的增加切圆直径越来越大,在相同燃烧器高宽比条件下切圆直径随燃烧器间隙率增大而减小。对于较大的燃烧器高宽比锅炉可以进行人为分组,分组之后的模拟结果显示,几乎所有燃烧器层平面的切圆直径和无因次切圆直径均有明显的减小,平均切圆直径和平均无因次切圆直径的减小幅度接近30%。本文又对670t/h锅炉的炉内燃烧器区域内的流场进行了冷态和热态数值模拟,模拟了该炉6种不同工况炉内的流动、传热及燃烧情况。冷态模拟结果显示,随着燃烧器高宽比的增大,燃烧器喷口射流轨迹逐渐贴近壁面,而温度场也显示高温区域出现在炉膛壁面附近。分析静压差发现,燃烧器出口射流两侧静压差随着燃烧器高宽比的增大而增大,但其增加幅度会随着燃烧器高宽比的不同发生阶段性变化。对于该型锅炉,当燃烧器的高宽比大于9时,燃烧器射流组实际切圆达到最大,并基本不再增大,燃烧器平面的高温区域均到达壁面附近,这是燃用不同煤种引起结渣或高温腐蚀等的实质原因;燃烧器高宽比在4～9区间时,锅炉切圆大小适中,燃烧组织合理;当燃烧器高宽比小于4时,炉内气流充满程度相对较差,炉膛中部火焰过于集中,尽管四周温度水平较低,但不能发挥切圆燃烧组织的优势,将引起煤种适应性变差、炉膛出口烟温升高等不良后果。对于2008t/h和670t/h锅炉的模拟结果表明,通过关停部分燃烧器进行燃烧器分组以减小燃烧器高宽比,能够起到优化燃烧器区域的空气动力场,减小切圆直径的作用。这一研究结果,对于锅炉设计与运行具有重要的指导意义。