六角切圆锅炉炉内气流切圆特性的数值模拟研究

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1、研究论文六角切圆锅炉炉内气流切圆特性的数值模拟研究赵玉晓，李瑞扬，吕薇，孙斌，王士军（哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨!"###!）［摘要］采用!$!双方程湍流模型和颗粒随机轨道模型，对六角切圆燃烧锅炉炉膛内的气流切圆特性进行数值模拟研究，并针对其存在的受热面结渣问题，通过改用一、二次风同心双切圆（%&’!）的布置形式，与原始设计工况进行对比，寻求切实可行的解决工程实际问题的措施。［关键词］六角切圆燃烧；切圆特性；数值模拟；锅炉燃烧；燃烧器［中图分类号］()**+［文献标识码］,［文章编号］!##*--.（+*#

2、#-）#!##*##*!概述锅炉采用切圆燃烧方式时，燃烧器射流总要发生一定的偏斜，甚至贴壁，增加了受热面结渣的可能性。目前国内外对于四角切圆燃烧锅炉的研究已较成熟［!］，但对燃烧器采用墙式布置的六角切圆燃烧锅炉的研究却较少，国内学者曾做了一些有益的基础性研究，但并未针对工程应用。本文以某电厂!台./#012六角切圆燃烧煤粉炉为研究对象，针对其存在的燃烧器出口区域受热面结渣问题，对炉膛内气流的切圆特性进行数值模拟研究。图!炉膛横截面借鉴四角切圆锅炉解决结渣问题的有效措施，改变配采用!$!双方程湍流模型和颗粒随机

3、轨道模型进风方式［*］，寻求切实可行的解决工程实际问题的措施。行数值模拟［-$+］。对计算区域采用交错、非均匀网格，迭代过程采用’45678%方法求解［"］，应用四阶9:;<="研究内容):00>法求解微分方程。以燃烧器喷口中心横截面作为##截面，分别测量其上部一定距离的几个横截面。六角切圆燃烧锅炉的燃烧器采用墙式布置，.组研究结果以速度矢量图的形式，表示了气固两相射流直流燃烧器分别布置在炉膛四壁，其中前后墙各*组，流动、混合的过程和状态以及流场的几何形态。两侧墙各!组（图!）。炉膛内设计假想切圆直径为!##

4、#33。每组燃烧器共有-层一次风口，在每个一次风口上下分别配制*个二次风口。!!!!!!!!!!!!!作者简介：赵玉晓（!?/*），女，黑龙江省佳木斯市人，*###年硕士毕业于哈尔滨工业大学，现在浙江大学攻读博士学位，讲师。!"万方数据热力发电·*##（-!）研究论文!研究结果与分析!!"炉内切圆变化图"#$分别为下层、中层和上层燃烧器%%截面的气流切圆图，用以反映炉内切圆特性。由图可见，整个燃烧器区域和燃烧器上部还受到燃烧器射流影响的区域，气流切圆自下而上逐渐变大，呈现“倒圆台形”。这主要是因为炉内相应截面

5、处气流的流量、旋转动量自下而上逐渐增加所致。六角切圆图$上层燃烧器%%截面气流切圆锅炉虽然在结构和燃烧器布置形式等方面与四角切圆锅炉有很大的不同，并因此引起流场结构的许多差异，由于燃烧器射流受到炉内逐渐增大的中心主旋转气流但总的趋势还是相同的。的阻碍而发生偏转，因此，在沿炉膛高度方向，各层燃在燃烧器上部区域，由于没有燃烧器射流的加入烧器喷口射流偏转程度逐渐加重，尤其上层偏转较早、和冲击影响，气流旋转切向速度逐渐减小，轴向速度逐较大。渐增加；同时角部区域的旋转气流流量随炉膛高度方部分扩散射流与侧墙燃烧器射流碰撞

6、后，动量衰向增加，角部二次旋涡的直径和旋转动量都增加，使得减较大，燃烧器六角墙式布置方式，决定了炉膛角部存炉内主旋转气流受到挤压，旋转变弱，切圆直径逐渐减在较大的自由空间；同时，由于射流的卷吸和射流外边小。在接近炉膛出口的区域，旋转较弱（称为残余旋界的封锁，在射流周围的有限空间内压力降低形成负转），旋转射流中有较大的部分已向四周扩散。压，反向压力差促使一部分气体从射流中分离出来，向射流相反的方向流动，从而在炉膛角部形成了具有一定旋转直径的二次旋涡。由于各角燃烧器射流刚性的差异，炉内主旋转气流并不是一个圆形，而

7、是呈椭圆形，其长轴方向偏向于"号和’号燃烧器的连线方向，短轴方向偏向于(号和$号燃烧器的连线方向，并且沿炉膛高度方向处于不断变化之中。!!#变工况的对比图"下层燃烧器%%截面气流切圆锅炉实际切圆直径远远大于假想切圆直径。研究表明，原工况上层燃烧器一次风切圆直径明显大于二次风切圆直径，从而使一、二次风在燃烧器区域相分离，含粉气流贴壁的倾向大，易形成“粉包风”结构，容易造成壁面腐蚀与结渣。从燃烧的角度来看，一次风切圆过大，不利于煤粉接受上游高温火焰的热量，会造成煤粉着火困难或着火推迟，降低着火的稳定性。工况改进后

8、上层燃烧器二次风射流与边壁之间的旋涡减弱，炉内主旋转气流的旋转直径增加，炉膛充满度变好；一次风切圆直径已经小于二次风切圆直径，体现了“风包粉”的煤粉燃烧技术思想。而且，二次风射图&中层燃烧器%%截面气流切圆流刚性增强，从而对一次风射流的偏转起到很大的拦（下转第")页）万方数据热力发电·"%%（&(）!"研究论文取值的正确理解应如表!所示。算精度，故对于火电厂排汽管道的参数计算，建议采用第2种方法。表