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                              同心雙切圓燃燒器墻式布置鍋爐爐內氣流旋轉特性的數值研究

                              電站系統工程同心雙切圓燃燒器墻式布置鍋爐爐內氣流旋轉特性的數值研究廣東省惠州學院聶艷華煙臺市低溫熱源研究中心孫冬梅雙切圓布置形式,突出燃燒器出口區域的研究,并與四角鍋爐進行對比。研究表明,六角鍋爐爐內氣流旋轉較四角鍋爐弱,改進后明顯增強,爐膛角部出現的二次旋渦也有所減弱。

                              目前,國內外對于四角切圓燃燒鍋爐己經進行了的大量的切實有效的研究nl,但對于六角切圓燃燒鍋爐的研究還沒有公開報導。本文以某670t/h六角切圓燃燒煤粉爐為原型,對其爐膛內氣流的旋轉特性進行數值模擬,突出燃燒器出口區域的研究,并與四角燃燒鍋爐進行對比,分析其異同點,以指導工程實踐。

                              1研究內容原型鍋爐6組燃燒器分別布置在爐膛四壁上:前后墻各兩組,兩側墻各一組,原設計燃燒器一、二次風的假想切圓直徑為1000mm,見。本方案將其改為同心雙切圓形式,上層燃燒器二次風切圓直徑加大。

                              采用雙方程湍流模型進行數值模擬;對計算區域采用交錯、非均勻網格,把燃燒器及固體壁面附近區域劃分得密集一些:迭代過程采用SIMPLEC方法求解3.研究結果以速度矢量圖的形式表示射流流動的狀態。所布置的一號角區域目的是研究燃燒器射流的初始段;二號角區域主要為了研究燃燒器射流發生偏轉后的情況。進行研究時,以燃燒器噴口中心橫截面作為00截面,分別分析其上部一定幾何距離的幾個橫截面。

                              2研究結果與分析2.1號燃燒器區域、3分別為原始工況和改進工況一號角中層燃燒器+30截面氣流速度矢量圖。燃燒器六角布置的形式,使各角射流到達假想切圓切點位置的距離比四角切圓布置時要近,受鄰角和主旋轉氣流的橫向沖擊加強,射流更易于偏轉。部分偏轉的擴散射流與側墻燃燒器射流碰撞后被反彈回來,動量衰減較大,由于燃燒器采用六角布置方式,使得爐膛角部存在較大的自由空間,因而在爐膛用部形成一定啼轉直徑的二次旋渦(相對于爐膛中心主旋渦而言)。一次旋渦內的部分煤粉不參與爐內主旋轉氣流的螺旋上升運動,直接被改進工況一號角中層+30截面氣流速度矢量圖短路到爐膛出口,必然會增大不完全燃燒熱損失和爐膛出口結渣的可能性。

                              增大二次風假想圓直徑后,一次風射流初期的直段長度增加,射流偏轉較晚;爐內氣流旋轉動量矩增大、強度增加;左側墻近壁處氣流速度大大降低,對壁面的沖刷程度減輕,使鍋爐在熱態運行時,壁面附近基本上不會出現還原性氣氛,大大有利于抑制結渣和高溫腐蝕的發生。整個一號角燃燒器根部旋渦的旋轉強度明顯減小,速度下降,旋轉動量降低。

                              原工況一號角中層+30截面氣流速度矢量圖原始工況一號角上層改進工況一號角上層+80截面氣流速度矢量圖+80截面氣流速度矢量圖工況改進后,流場形式發生了很大變化,主旋轉氣流旋轉加強,衰減相對減慢,對壁面區和二次旋渦區的含粉氣流的卷吸能力增強,減輕了一次風射流的偏轉,使進入二次旋渦區的含粉氣流減少。

                              2.2二號燃燒器區域、7分別為原始工況和改進工況2號角上層燃燒器00截面氣流速度矢量圖。由于各燃燒器射流剛性的差異,爐內主旋轉氣流并非一個動態切圓,而是呈橢圓形,其長軸方向偏向于2、5號燃燒器的連線方向;短軸方向偏向于1、4號燃燒器的連線方向。

                              原始工況二號角上層改進工況二號角上層00截面氣流速度矢量圖00截面氣流速度矢量圖二次風假想切圓直徑加大,一號角射流抵抗主旋轉氣流和上游來流的混合沖擊能力加強,二號燃燒器射流流向左側墻,與一號燃燒器射流充分接觸,有利于一號燃燒器射流接受上游熱,易于著火。

                              3結論六角切圓燃燒鍋爐雖然與四角切圓燃燒鍋爐在結構上有很大差別,引起流場結構的許多差異,但總的形勢是相同的。其不同于四角切圓燃燒鍋爐的獨特之處在于:燃燒器射流更i于偏轉,在燃燒器區域爐膛用部存在較大自由空間,偏轉射流在此處形成二次旋渦;爐膛內主旋轉氣流旋轉強度較弱,在燃燒器上部區域衰減較快;爐內主旋轉氣流呈動態橢圓形。

                              二次風假想切圓直徑增大,使得二次風托住一次風,加強了爐內主旋轉氣流的旋轉強度,角部二次旋渦的旋轉直徑和旋轉強度都有所減小,改善了一、二次風的射流剛性,二次風旋轉動量矩增大,有利于著火、燃燒和燃盡,可以有效地改善受熱面結渣現象,鍋爐低負荷燃燒的穩定性增加;但同時爐膛出口氣流的殘余扭轉也增大,增大切圓直徑應以火焰不沖刷水冷壁為限。□


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