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1、2003年锅炉热力试验培训班讲义 锅炉炉膛及燃烧器 冷态空气动力场试验 1 讲义提纲 v1. 前言 v2. 试验适用范围和重要作用 v2.1适用范围 v 2.2重要作用 v3.试验目的 v4.理论依据 2 讲义提纲 v5.冷态模化试验风速的计算及选择 v6.试验前的准备工作 v7.试验观测要点 v8.观测方法 v9.常见问题及处理方法 3 讲义提纲 v10.实例介绍 v10.1旋流燃烧器锅炉冷态空气动力场试验 v10.2四角切园燃烧锅炉冷态空气动力场试验 4 前言 v 锅炉机组运行的稳定性和经济性在很大程度上 决定于炉内的燃烧工况，而燃烧工况的优劣关键取决 于燃烧器及炉膛的空气动力工况，良好的
2、空气动力工 况对炉内燃烧过程的影响主要表现在以下几个方面： v1：从燃烧中心区域卷吸足够的高温烟气回流至一 次风粉混合物射流的根部，从而保证了一次风射流着 火的稳定性。 v2：提供合理的一、二次风配比，使着火燃料能及 时得到充分的空气供应，并均匀扩散混合，使燃料充 分燃烬。 v3：使炉膛具有良好的火焰充满度，并形成区域适 中的燃烧火焰中心。 5 前言 v为了判断炉膛的空气动力工况的优劣，就需要 对其进行试验观测、记录。这在热态是很难实现 的，通常采用冷态模拟热态的方法，即：在冷态 下，按一定的要求对炉膛进行通风，观测其流动 规律，这就是所谓的冷态炉膛空气动力场试验。 v应该指出的是通常的冷态炉
3、膛空气动力场试验 是冷态等温模拟试验，而锅炉热态运行时，炉内 气流工况属于粘性流体不等温的稳定受迫运动。 等温模化不可能完全准确地描绘燃料在炉内燃烧 的复杂物理化学过程，只能对炉内流动过程提供 一些定性的结果。 6 前言 v根据我们的实践和认识，采用固态排渣煤粉锅 炉燃用神华煤，锅炉结渣和受热面粘污倾向是存 在的，结渣和粘污，既是直观上必须面对的表面 问题，又是可能派生和转化到其它方面、会对机 组运行安全性和经济性产生严重影响的深层次问 题；在盘山电厂和其它地方开展的工作表明，防 治锅炉结渣和受热面粘污，仍然是燃用神华煤的 中心问题，和防治制粉系统爆炸一样，是需要长 期持续关注的重点问题。 7
4、 前言 v锅炉结渣和受热面粘污，其实质是燃烧和传热 ，这也是任何化石燃料锅炉运行的本质问题。解 决神华煤燃用中出现的结渣和粘污问题，需要持 续、全面和深入地工作，任何条件发生变化，都 可能使问题重新出现和转化，不是一次或者一方 面问题解决后就一劳永逸的事情，这就是像机组 运行这样动态对象的客观特性。虽然大家对这些 问题都采取了各种各样的措施，在一些层面上也 得到控制和解决，但仍然建议大家对本质性的问 题进行再认识：持续研究和解决，更全面、更细 致、更深入、更具针对性。 8 2.试验适用范围和重要作用 v2.1适用范围 v在新型锅炉、新炉或进行燃烧器改造的 锅炉投运前,或存在高温腐蚀、受热面大面
5、 积结焦等问题的锅炉进行燃烧调整试验前, 有必要进行炉膛冷态空气动力场试验。 9 2.2重要作用 v燃烧器及炉膛冷态空气动力场试验的首要作用 是消除燃烧器方面的缺陷，探讨燃烧器及其射流 的特性，对燃烧器进行预调整，为锅炉热态燃烧 调整指明方向和减少热态调整的盲目性和试验工 作量。 v锅炉冷态试验第二个重要作用是通过全面的风 量测量、标定和调平试验，可以实现锅炉热态情 况下对燃烧器和炉膛配风的准确控制。 10 2.2重要作用 v锅炉冷态试验的第三个重要作用是为锅炉机组点火 启动创造良好的运行条件，因为经过一系列的检查、 消缺、试验，锅炉烟风系统和燃烧系统（除油枪和点 火装置外）不应该存在限制运行
6、的任何问题，减少机 组启动过程中的问题，缩短机组启动时间。 v实践证明，对于易发生灭火事故的锅炉，对于存在 燃烧器烧损和结渣问题的锅炉，进行一系列规范的冷 态试验非常有用。所以，电厂大多都非常重视锅炉冷 态试验，甚至不惜为完成全面规范的冷态试验而专门 改变工期。要进行规范的冷态试验，应根据具体试验 内容，合理计划和安排工期。 11 2.2重要作用 v我们一直强调，锅炉冷态试验是需要试验单位、电厂 、安装及检修单位密切配合的大型试验研究项目。锅炉 冷态空气动力场试验的前期工作应该深入到锅炉机组的 安装调试和大修过程中进行并完成，其中包括三大风机 风量调节挡板位置的查对和传动检查，其它烟风系统挡
7、板的传动检查，磨煤机内部的检查，磨煤机煤粉细度调 节挡板的位置对照和传动检查，煤粉和一次风分配装置 的检查，燃烧器安装检查和安装角度的校核，燃烧器调 节装置的检查和传动，烟风系统测点和变送器的校验， 风压和风量测量装置仪表管的吹扫和查漏，安装各种必 要的试验测点，加工和标定各种风量测量装置，在炉膛 和燃烧器附近搭设平台和脚手架等工作。 12 2.2重要作用 v在所有风机具备正常启动条件和完成锅炉烟风系统通 风试验后，首先开始制粉系统通风量标定试验和一次风 调平试验，再进行二次风量标定试验，然后按照设定工 况测定燃烧器和炉膛的空气动力特性和用烟花示踪方法 进行动态图像采集和检查炉膛和燃烧器的空气
8、动力状况 ，最后进行炉膛出口气流分布试验。 v通过炉膛冷态模化试验，可以比较直观地观察炉内气 流的分布、扩散、扰动、混合等情况是否良好；了解、 研究其流动规律；验证和修改设计运行方案；查找不正 常燃烧的原因并找到解决办法。因此, 炉膛冷态模化技术 被认为是一种省时、省力、高效、灵活的试验方法，在 当今的火力发电厂经常被使用。 13 3.试验目的 v(1)确定燃烧系统的配风均匀程度：如旋流燃 烧器的大风箱配风均匀性，四角切圆燃烧器各一 、二、三次风系统的配风均匀性，各风门挡板的 风量特性等。 v (2)确定燃烧器及燃烧系统的阻力特性。 v(3)确定燃烧器的流体动力特性：探索新型燃 烧器的流动规律
9、，一、二风的混合情况，旋流燃 烧器回流区的大小及回流量变化情况，四角燃烧 器的切圆大小等。 14 3.试验目的 v(4)确定三次风的作用、布置位置、角度和风 速等。 v (5)确定影响炉膛充满度的各种因素。 v(6)研究造成炉内结焦的空气动力场机理。 v(7)研究降低炉膛出口因烟气残余旋转造成的 烟气速度、温度偏差的各种措施。 v(8)摸索合理的运行方式。 v(9)研究在非正常运行工况下的空气动力工况 ：如四角燃烧中缺角运行、不对称停运燃烧器的 影响，停运个别旋流燃烧器的方式。 15 4.理论依据 v对于大型电站锅炉来讲，因为无法准确地了解炉膛在 热态工况下的温度场分布情况，故通常在炉膛模拟试
10、验 时一般只考虑等温模化。根据相似原理,进行炉内冷态等 温模化试验时,应遵守的原则是：(1) 几何相似；(2) 气流 运动状态相似；(3)边界条件相似。 v4.1对于原则(1)：由于试验对象为实际炉膛，因此， 这条自动满足。 v4.2对于原则(2)：气流运动状态相似，根据相似理论 ，由于雷诺数Re是对气体流动状态起决定性作用的因素 ，也就是说，只有当冷态试验时的雷诺数和热态运行时 的雷诺数相同时，才能保持气流流动状态相似。 16 4.理论依据 v雷诺数的物理意义是流体单位体积的惯性力( 以2/L表示)与粘性力(以/L2表示)的比值，当 雷诺数变化时，即作用在质点上的这两种力的比 值发生变化时，
11、流体的流动状态即速度场也势必 发生变化。 v其中：-流体密度，千克/米3； v-定性流速，对炉膛而言即为气流平均上升 速度；对燃烧器而言，即为燃烧器出口平均流速 ，米/秒； vL定性尺寸(当量尺寸)，米； v-流体动力粘度，千克/米.秒； 17 4.理论依据 v因此：Re=L/，由此可见，当流体的物理参数、 不变的条件下雷诺数将随着流动速度的增加而增加。当 雷诺数大到一定程度时，由外加的压力差所产生的惯性 力将远远超过气流内部的粘性力，此时，粘性力的作用 完全可以忽略，流动状态将显示出不随雷诺数增加而变 化的特性，即当气流速度和雷诺数再增加时，只有空间 各点速度绝对值按比例增加，而速度场图型不
12、再变化。 这种流动状态即为自模化状态。开始进入流动自模化区 的雷诺数称为临界雷诺数。通常，只要保证冷态试验条 件下采用的Re数超过进入自模化区的临界雷诺数或与热 态的雷诺数相等，即可达到冷态模拟热态的相似性。但 由于热态炉膛的雷诺数一般远大于临界雷诺数，因此， 冷态试验时只要超过临界雷诺数即可,而不必与热态雷诺 数相同。即可以采用较低的雷诺数试验而得到相同的结 果。 18 4.理论依据 v临界雷诺数的确定可由下面方法进行：首先引入欧拉 准则Eu，它表示压力差和惯性力的比值，即： vEu=P/2=P/(L.2L/L2)=P/(L.Re) v =(Re) v当气体流动状态进入自模化区，即当雷诺数达
13、到或超 过临界雷诺数时，惯性力远远大于压力差，此时压力差 与惯性力的比值将趋于某一极限值，即欧拉数不再与雷 诺数有关而保持一个定值。利用这一特性，可以确定炉 膛的临界雷诺数。例如：我们可以通过测量燃烧器区域 和炉膛出口两个截面间的压力差，并作出Eu=(Re)的关 系曲线，即可求出该炉膛的临界雷诺数。 19 4.理论依据 v下图即为某台炉典型的Eu=(Re)的关系曲线（注：X 轴Re数的单位是n104）： 20 4.理论依据 v通常，对大多数锅炉来说，当Re数达到 或超过105时，气体流动即能满足进入自模 化区的条件。 v4.3对于原则(3)：边界条件相似,对于冷 态试验,为了模拟热态多股射流混
14、合流动， 必须维持冷态试验各股射流惯性力与热态 时各股射流惯性力的比值相等，也就是通 常所说的动量比相等原则： 21 5.冷态模化试验风速的计算及选择 v5.1冷态试验一次风速的确定 v根据相似理论的要求，冷态试验的一次风速必须满足： v(Re)c=(Re)h v即：(11L/)c=(11L/)h v(11/)c=(11/)h v其中：(1)h-热态一次风速(燃烧器设计热力参数，已知) vc -冷态气流的动力粘度，查表可知 vh -热态气流的动力粘度，查表可知 v(1)h-热态时一次风粉的密度，考虑到煤粉浓度及煤粉与空气之 间的速度差影响： v(1)h=(1+k)a v其中：-煤粉浓度(燃烧器
15、设计参数，可由热力计算书查得) vk-煤粉相对于一次风气流的滞后系数，通常取k=0.8 va与热态磨出口一次风气流温度相同的空气密度 v则：冷态模化时的一次风速(1)c为： v(1)c=(1)h(1)hc/(h(1)c) 22 5.2冷态试验二次风速的确定 v根据相似理论，冷态试验时各股射流混合时必须满足冷、热态各 股射流动量比相等的原则: v即：(112)/(222)c=(112)/(222)h-1 v其中：1c=2c v则，上式可简化为： v(12/22)c=(112)/(222)h-2 v其中：2h-热态二次风速(燃烧器设计热力参数，已知) v1h-热态一次风速(燃烧器设计热力参数，已知
16、) v1c-冷态试验一次风速，5.1步骤中已经求出 v2h-热态二次风密度，可以根据燃烧器出口二次风温、静压计算 得到： v2h=0(1+Pa/Hs)273/(273+t) v其中：t-燃烧器出口设计二次风温，已知 vHs-燃烧器出口二次风静压 v从而，冷态模化的二次风速即可由2式求得 23 5.3冷态炉膛自模化条件的校核计算 v若最小风量工况能满足炉膛气流运动状态进入自模化 区，则其余所有工况均能满足自模化条件。最小风量工 况为单层一次风射流冷态模化工况，则： vQmin=4f1c v其中：f-燃烧器一次风喷口面积 v则：炉膛断面最小风速为： vWmin=Qmin/F v其中：F-炉膛横截面面积 v则：炉膛气流运动最小雷诺数为： vRemin=WminL/ v若Remin105，即表明最小雷诺数大于临界雷诺数， 炉膛
