鍋爐SOFA風(fēng)不同反切角度氣流特性研究

劉維岐,路 昆,松建飛

(1.華電電力科學(xué)研究院,杭州 310030; 2.華電內(nèi)蒙古能源有限公司包頭發(fā)電分公司,內(nèi)蒙古 包頭 014000)

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鍋爐SOFA風(fēng)不同反切角度氣流特性研究

劉維岐1,路 昆1,松建飛2

(1.華電電力科學(xué)研究院,杭州 310030; 2.華電內(nèi)蒙古能源有限公司包頭發(fā)電分公司,內(nèi)蒙古 包頭 014000)

為了解決某切圓燃燒鍋爐爐膛出口煙氣流速偏差較大的問題,筆者根據(jù)相似理論及數(shù)值計(jì)算方法,闡述了爐膛出口煙氣流速偏差較大的原因,分析了SOFA風(fēng)反切角度對爐膛折焰角處煙氣殘余旋轉(zhuǎn)的影響,并運(yùn)用冷態(tài)膜化試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法,解決了爐膛出口煙氣流速偏差的問題。分析結(jié)果表明,調(diào)整SOFA風(fēng)反切角度可以消除爐膛出口煙氣流速偏差較大的影響。

鍋爐;墻式切圓;殘余旋轉(zhuǎn);冷態(tài)試驗(yàn);數(shù)值計(jì)算

切圓燃燒鍋爐具有混合好、燃燒穩(wěn)定、四周水冷壁的吸熱量及熱負(fù)荷分布均勻、煤種適應(yīng)性強(qiáng)、爐膛結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)勢,因而在電站鍋爐中得到了廣泛應(yīng)用[1]。但是,采用切圓燃燒方式的鍋爐由于爐內(nèi)氣流的殘余旋轉(zhuǎn),使鍋爐水平煙道左、右兩側(cè)煙氣流速、煙溫偏差較大[2]。為了解決某電廠600 MW墻式切圓燃燒鍋爐水平煙道左、右兩側(cè)煙氣流速、煙溫偏差大的問題,本文對該鍋爐進(jìn)行了冷態(tài)動(dòng)力場試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算,分析了該鍋爐爐內(nèi)空氣動(dòng)力特性分布情況和爐膛出口處左、右兩側(cè)煙氣流速分布情況,調(diào)節(jié)了布置在爐膛上部的SOFA風(fēng)的反切角度,得到了爐膛頂部煙氣流動(dòng)的殘余旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度,以及水平煙道左、右兩側(cè)的煙氣流速偏差。

1 爐內(nèi)動(dòng)力特性的數(shù)值模擬

本文以某電廠600 MW墻式切圓燃燒鍋爐為研究對象,鍋爐型號(hào)為HG-1795/26.15-YM4,該鍋爐為超超臨界變壓運(yùn)行、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型直流鍋爐。

該鍋爐中速磨正壓直吹系統(tǒng)共有6臺(tái)磨煤機(jī),燃燒器采用CUF墻式切圓燃燒大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)[3],共設(shè)有6層濃淡一次風(fēng)口、3層油風(fēng)室、10層輔助風(fēng)室、1層燃盡風(fēng)室。燃燒器共有24組,布置于四面墻上,形成一個(gè)大切圓。燃燒器共有6層煤粉噴口,每層與1臺(tái)磨煤機(jī)相配,主燃燒器采用低NOx的PM型煤粉燃燒器,每只煤粉噴嘴中間設(shè)有隔板,以增強(qiáng)煤粉射流剛性,在主燃燒器上方布置OFA噴嘴,在距上層煤粉噴嘴上方5.0 m處設(shè)有4層附加燃盡風(fēng)A-A 噴嘴,四角布置[4]。SOFA風(fēng)噴口可做上下20°的擺動(dòng),水平左右可擺動(dòng)15°,主燃燒器與二次風(fēng)噴口聯(lián)動(dòng)可做上下30°擺動(dòng)[5]。

本文利用gambit軟件將爐膛分為8個(gè)部分[6],分別為冷渣斗部分、主燃燒器下部、主燃燒器區(qū)域、A-A風(fēng)區(qū)域以及A-A風(fēng)上部的4個(gè)部分,如圖1(a)所示。為了能夠減少偽擴(kuò)散,采用了非均勻六面體網(wǎng)格,使網(wǎng)格能夠與流體流動(dòng)方向垂直[7]。圖1(b)為主燃燒區(qū)域橫截面網(wǎng)格,圖1(c)為A-A風(fēng)區(qū)域爐膛橫斷面網(wǎng)格。整個(gè)爐膛網(wǎng)格總數(shù)為68.3萬個(gè)。

圖1 爐膛網(wǎng)格劃分

為了研究該墻式切圓鍋爐爐內(nèi)的動(dòng)力特性,本文應(yīng)用fluent軟件對該鍋爐進(jìn)行數(shù)值模擬,假定爐內(nèi)是穩(wěn)態(tài)流動(dòng),采用Realizablek-ε雙方程模型[8],用有限容積法離散微分方程和SIMPLE算法進(jìn)行求解,差分采用QUICK格式[9],使模擬結(jié)果能夠反映出爐內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)[10]。

在該機(jī)組停機(jī)前,對其進(jìn)行了工況試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)如下問題:

1) 在該鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí),末級再熱器左、右兩側(cè)的壁溫偏差較大,約為60 ℃,右側(cè)再熱器減溫水投入量較大。

2) 排煙氧量左右兩側(cè)相差約為3%左右。

3) 停爐后發(fā)現(xiàn)屏式過熱器右側(cè)結(jié)焦嚴(yán)重,左側(cè)存在較松散的積灰,對鍋爐的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有較大的影響。末級再熱器左右側(cè)結(jié)焦情況如圖2所示。

圖2 末級再熱器積灰及結(jié)焦情況

為了用數(shù)值計(jì)算研究上述問題,根據(jù)冷態(tài)試驗(yàn)規(guī)程及相似理論,經(jīng)計(jì)算得到數(shù)值計(jì)算及冷態(tài)試驗(yàn)的邊界條件如表1所示。冷態(tài)試驗(yàn)分為3個(gè)工況,對工況1和工況3進(jìn)行了冷態(tài)動(dòng)力場的數(shù)值計(jì)算研究,以對冷態(tài)試驗(yàn)進(jìn)行補(bǔ)充說明。

表1 冷態(tài)試驗(yàn)邊界條件

2 試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對比分析

調(diào)節(jié)爐膛左、右兩側(cè)煙氣流速偏差及SOFA在不同反切角度條件下爐膛出口處的風(fēng)速,分析SOFA風(fēng)層爐膛截面、折焰角處爐膛截面以及爐膛出口速度分布情況,以驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性。分析SOFA風(fēng)反切角度變化對煙氣殘余旋轉(zhuǎn)的削弱作用、爐膛出口左右兩側(cè)煙氣流速偏差的影響。

工況1條件下特征截面上的速度分布情況如圖3所示,爐膛出口處風(fēng)速分布的試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖3 工況1特征截面速度分布情況

圖4 工況1爐膛出口速度分布試驗(yàn)結(jié)果

由圖3、圖4可以看出,SOFA風(fēng)對爐內(nèi)的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)起到了一定的消旋作用,但是在折焰角處仍存在較強(qiáng)的逆時(shí)針殘余旋轉(zhuǎn),使?fàn)t膛出口處右側(cè)的風(fēng)速較高,而左側(cè)的風(fēng)速較低;爐膛出口左右兩側(cè)存在3 m/s的速度差,這與數(shù)值計(jì)算的結(jié)果一致,說明冷態(tài)動(dòng)力場的數(shù)值計(jì)算能夠真實(shí)地反映出該鍋爐的實(shí)際情況(圖4中“第幾層”表示的是爐膛出口測點(diǎn)的位置)。

工況2條件下爐膛出口風(fēng)速分布情況的試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 工況2爐膛出口速度分布試驗(yàn)結(jié)果

由圖5可以看出,爐膛出口左右兩側(cè)煙氣流速偏差較小,這說明反切角度為8°時(shí),爐膛出口處的煙氣流速基本達(dá)到均勻,SOFA風(fēng)上部的流動(dòng)狀態(tài)好,使?fàn)t膛出口處的煙氣流速偏差較小。爐膛出口靠上部的煙氣流速較大,靠下部分煙氣流速較小。

工況3條件下特征截面上空氣流速分布情況如圖6所示。

從圖6可以看出,在最上層SOFA風(fēng)截面上,爐內(nèi)逆時(shí)針的殘余旋轉(zhuǎn)基本消失,SOFA風(fēng)此時(shí)的剛性較強(qiáng),使SOFA風(fēng)的射流較長。折焰角處爐膛斷面上的流動(dòng)較為紊亂,這有利于減緩爐膛出口處速度偏差,使?fàn)t膛出口靠下部分左側(cè)的煙氣流速比右側(cè)的煙氣流速高,而爐膛出口靠上部分右側(cè)的煙氣流速比左側(cè)的煙氣流速高。

工況3條件下爐膛出口速度分布試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖6 工況3特征截面速度分布情況

圖7 工況3爐膛出口速度分布試驗(yàn)結(jié)果

從圖7可以看出,爐膛出口左側(cè)平均速度比右側(cè)的高,靠下部分兩側(cè)煙氣流速分布較為均勻,靠中間部分爐膛出口左側(cè)的煙氣流速略比右側(cè)高,而靠上部分右側(cè)的流速比左側(cè)高。這與數(shù)值模擬的結(jié)果基本一致。

3 結(jié) 論

1) 切圓鍋爐爐膛折焰角處存在著較強(qiáng)的殘余旋轉(zhuǎn)。爐膛出口存在較強(qiáng)的殘余旋轉(zhuǎn)使?fàn)t膛出口煙氣流速存在較大的偏差。

2) 數(shù)值計(jì)算與冷態(tài)試驗(yàn)結(jié)果基本一致,可以幫助解決實(shí)際中存在的煙氣流速偏差問題。

3) 調(diào)整SOFA風(fēng)水平擺角可以減緩爐膛折焰角處的殘余旋轉(zhuǎn),有利于降低爐膛出口的煙氣流速偏差。

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(責(zé)任編輯 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。

劉維岐(1989—),男,碩士研究生,主要從事鍋爐性能試驗(yàn)及節(jié)能優(yōu)化研究工作。

TK223.21

A

2095-6843(2016)02-0178-04