锅炉SOFA风不同反切角度气流特性研究

刘维岐,路 昆,松建飞

(1.华电电力科学研究院,杭州 310030; 2.华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司,内蒙古 包头 014000)



锅炉SOFA风不同反切角度气流特性研究

刘维岐1,路 昆1,松建飞2

(1.华电电力科学研究院,杭州 310030; 2.华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司,内蒙古 包头 014000)

为了解决某切圆燃烧锅炉炉膛出口烟气流速偏差较大的问题,笔者根据相似理论及数值计算方法,阐述了炉膛出口烟气流速偏差较大的原因,分析了SOFA风反切角度对炉膛折焰角处烟气残余旋转的影响,并运用冷态膜化试验与数值计算相结合的方法,解决了炉膛出口烟气流速偏差的问题。分析结果表明,调整SOFA风反切角度可以消除炉膛出口烟气流速偏差较大的影响。

锅炉;墙式切圆;残余旋转;冷态试验;数值计算

切圆燃烧锅炉具有混合好、燃烧稳定、四周水冷壁的吸热量及热负荷分布均匀、煤种适应性强、炉膛结构简单等优势,因而在电站锅炉中得到了广泛应用[1]。但是,采用切圆燃烧方式的锅炉由于炉内气流的残余旋转,使锅炉水平烟道左、右两侧烟气流速、烟温偏差较大[2]。为了解决某电厂600 MW墙式切圆燃烧锅炉水平烟道左、右两侧烟气流速、烟温偏差大的问题,本文对该锅炉进行了冷态动力场试验和数值计算,分析了该锅炉炉内空气动力特性分布情况和炉膛出口处左、右两侧烟气流速分布情况,调节了布置在炉膛上部的SOFA风的反切角度,得到了炉膛顶部烟气流动的残余旋转强度,以及水平烟道左、右两侧的烟气流速偏差。

1 炉内动力特性的数值模拟

本文以某电厂600 MW墙式切圆燃烧锅炉为研究对象,锅炉型号为HG-1795/26.15-YM4,该锅炉为超超临界变压运行、单炉膛、一次再热、平衡通风、固态排渣、全悬吊结构Π型直流锅炉。

该锅炉中速磨正压直吹系统共有6台磨煤机,燃烧器采用CUF墙式切圆燃烧大风箱结构[3],共设有6层浓淡一次风口、3层油风室、10层辅助风室、1层燃尽风室。燃烧器共有24组,布置于四面墙上,形成一个大切圆。燃烧器共有6层煤粉喷口,每层与1台磨煤机相配,主燃烧器采用低NOx的PM型煤粉燃烧器,每只煤粉喷嘴中间设有隔板,以增强煤粉射流刚性,在主燃烧器上方布置OFA喷嘴,在距上层煤粉喷嘴上方5.0 m处设有4层附加燃尽风A-A 喷嘴,四角布置[4]。SOFA风喷口可做上下20°的摆动,水平左右可摆动15°,主燃烧器与二次风喷口联动可做上下30°摆动[5]。

本文利用gambit软件将炉膛分为8个部分[6],分别为冷渣斗部分、主燃烧器下部、主燃烧器区域、A-A风区域以及A-A风上部的4个部分,如图1(a)所示。为了能够减少伪扩散,采用了非均匀六面体网格,使网格能够与流体流动方向垂直[7]。图1(b)为主燃烧区域横截面网格,图1(c)为A-A风区域炉膛横断面网格。整个炉膛网格总数为68.3万个。

图1 炉膛网格划分

为了研究该墙式切圆锅炉炉内的动力特性,本文应用fluent软件对该锅炉进行数值模拟,假定炉内是稳态流动,采用Realizablek-ε双方程模型[8],用有限容积法离散微分方程和SIMPLE算法进行求解,差分采用QUICK格式[9],使模拟结果能够反映出炉内的流动状态[10]。

在该机组停机前,对其进行了工况试验,发现如下问题:

1) 在该锅炉满负荷运行时,末级再热器左、右两侧的壁温偏差较大,约为60 ℃,右侧再热器减温水投入量较大。

2) 排烟氧量左右两侧相差约为3%左右。

3) 停炉后发现屏式过热器右侧结焦严重,左侧存在较松散的积灰,对锅炉的安全与经济运行有较大的影响。末级再热器左右侧结焦情况如图2所示。

图2 末级再热器积灰及结焦情况

为了用数值计算研究上述问题,根据冷态试验规程及相似理论,经计算得到数值计算及冷态试验的边界条件如表1所示。冷态试验分为3个工况,对工况1和工况3进行了冷态动力场的数值计算研究,以对冷态试验进行补充说明。

表1 冷态试验边界条件

2 试验结果与数值模拟结果对比分析

调节炉膛左、右两侧烟气流速偏差及SOFA在不同反切角度条件下炉膛出口处的风速,分析SOFA风层炉膛截面、折焰角处炉膛截面以及炉膛出口速度分布情况,以验证数值计算的准确性。分析SOFA风反切角度变化对烟气残余旋转的削弱作用、炉膛出口左右两侧烟气流速偏差的影响。

工况1条件下特征截面上的速度分布情况如图3所示,炉膛出口处风速分布的试验结果如图4所示。

图3 工况1特征截面速度分布情况

图4 工况1炉膛出口速度分布试验结果

由图3、图4可以看出,SOFA风对炉内的逆时针旋转起到了一定的消旋作用,但是在折焰角处仍存在较强的逆时针残余旋转,使炉膛出口处右侧的风速较高,而左侧的风速较低;炉膛出口左右两侧存在3 m/s的速度差,这与数值计算的结果一致,说明冷态动力场的数值计算能够真实地反映出该锅炉的实际情况(图4中“第几层”表示的是炉膛出口测点的位置)。

工况2条件下炉膛出口风速分布情况的试验结果如图5所示。

图5 工况2炉膛出口速度分布试验结果

由图5可以看出,炉膛出口左右两侧烟气流速偏差较小,这说明反切角度为8°时,炉膛出口处的烟气流速基本达到均匀,SOFA风上部的流动状态好,使炉膛出口处的烟气流速偏差较小。炉膛出口靠上部的烟气流速较大,靠下部分烟气流速较小。

工况3条件下特征截面上空气流速分布情况如图6所示。

从图6可以看出,在最上层SOFA风截面上,炉内逆时针的残余旋转基本消失,SOFA风此时的刚性较强,使SOFA风的射流较长。折焰角处炉膛断面上的流动较为紊乱,这有利于减缓炉膛出口处速度偏差,使炉膛出口靠下部分左侧的烟气流速比右侧的烟气流速高,而炉膛出口靠上部分右侧的烟气流速比左侧的烟气流速高。

工况3条件下炉膛出口速度分布试验结果如图7所示。

图6 工况3特征截面速度分布情况

图7 工况3炉膛出口速度分布试验结果

从图7可以看出,炉膛出口左侧平均速度比右侧的高,靠下部分两侧烟气流速分布较为均匀,靠中间部分炉膛出口左侧的烟气流速略比右侧高,而靠上部分右侧的流速比左侧高。这与数值模拟的结果基本一致。

3 结 论

1) 切圆锅炉炉膛折焰角处存在着较强的残余旋转。炉膛出口存在较强的残余旋转使炉膛出口烟气流速存在较大的偏差。

2) 数值计算与冷态试验结果基本一致,可以帮助解决实际中存在的烟气流速偏差问题。

3) 调整SOFA风水平摆角可以减缓炉膛折焰角处的残余旋转,有利于降低炉膛出口的烟气流速偏差。

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(责任编辑 侯世春)

Research on airflow characteristics of boiler SOFA air with different reversed tangential angles

LIU Weiqi1, LU Kun1, SONG Jianfei2

(1.Huadian Electric Power Research Institute, Hangzhou 310030, China; 2.Baotou Power Generation Branch,Huadian Inner Mongolia Energy Resources Company Limited, Baotou 014000, China)

In order to solve the big velocity deviation of flue gas at the exit of a tangentially-fired boiler furnace, the author expounded its reason on the basis of relevant theories and numerical calculation methods, analyzed the influence of SOFA air reversed tangential angle on flue gas residual rotation at furnace nose, and solved the deviation at last by combining cold test and numerical calculation. The analysis result shows that adjusting SOFA air reversed tangential angle succeeds in eliminating the influence of big deviation of flue gas velocity at the exit of furnace.

boiler; wall type tangentially; residual rotation; cold test; numerical calculation

2015-08-20。

刘维岐(1989—),男,硕士研究生,主要从事锅炉性能试验及节能优化研究工作。

TK223.21

A

2095-6843(2016)02-0178-04