劉維岐,路 昆,松建飛

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

?

鍋爐SOFA風不同反切角度氣流特性研究

劉維岐1,路 昆1,松建飛2

(1.華電電力科學研究院,杭州 310030; 2.華電內蒙古能源有限公司包頭發(fā)電分公司,內蒙古 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風反切角度對爐膛折焰角處煙氣殘余旋轉的影響,并運用冷態(tài)膜化試驗與數(shù)值計算相結合的方法,解決了爐膛出口煙氣流速偏差的問題。分析結果表明,調整SOFA風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;冷態(tài)試驗;數(shù)值計算

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荷分布均勻、煤種適應性強、爐膛結構簡單等優(yōu)勢,因而在電站鍋爐中得到了廣泛應用[1]。但是,采用切圓燃燒方式的鍋爐由于爐內氣流的殘余旋轉,使鍋爐水平煙道左、右兩側煙氣流速、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、右兩側煙氣流速、煙溫偏差大的問題,本文對該鍋爐進行了冷態(tài)動力場試驗和數(shù)值計算,分析了該鍋爐爐內空氣動力特性分布情況和爐膛出口處左、右兩側煙氣流速分布情況,調節(jié)了布置在爐膛上部的SOFA風的反切角度,得到了爐膛頂部煙氣流動的殘余旋轉強度,以及水平煙道左、右兩側的煙氣流速偏差。

1 爐內動力特性的數(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,鍋爐型號為HG-1795/26.15-YM4,該鍋爐為超超臨界變壓運行、單爐膛、一次再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、全懸吊結構Π型直流鍋爐。

該鍋爐中速磨正壓直吹系統(tǒng)共有6臺磨煤機,燃燒器采用CUF墻式切圓燃燒大風箱結構[3],共設有6層濃淡一次風口、3層油風室、10層輔助風室、1層燃盡風室。燃燒器共有24組,布置于四面墻上,形成一個大切圓。燃燒器共有6層煤粉噴口,每層與1臺磨煤機相配,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有隔板,以增強煤粉射流剛性,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處設有4層附加燃盡風A-A 噴嘴,四角布置[4]。SOFA風噴口可做上下20°的擺動,水平左右可擺動15°,主燃燒器與二次風噴口聯(lián)動可做上下30°擺動[5]。

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

圖1 爐膛網(wǎng)格劃分

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

在該機組停機前,對其進行了工況試驗,發(fā)現(xiàn)如下問題:

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

2) 排煙氧量左右兩側相差約為3%左右。

3) 停爐后發(fā)現(xiàn)屏式過熱器右側結焦嚴重,左側存在較松散的積灰,對鍋爐的安全與經濟運行有較大的影響。末級再熱器左右側結焦情況如圖2所示。

圖2 末級再熱器積灰及結焦情況

為了用數(shù)值計算研究上述問題,根據(jù)冷態(tài)試驗規(guī)程及相似理論,經計算得到數(shù)值計算及冷態(tài)試驗的邊界條件如表1所示。冷態(tài)試驗分為3個工況,對工況1和工況3進行了冷態(tài)動力場的數(shù)值計算研究,以對冷態(tài)試驗進行補充說明。

表1 冷態(tài)試驗邊界條件

2 試驗結果與數(shù)值模擬結果對比分析

調節(jié)爐膛左、右兩側煙氣流速偏差及SOFA在不同反切角度條件下爐膛出口處的風速,分析SOFA風層爐膛截面、折焰角處爐膛截面以及爐膛出口速度分布情況,以驗證數(shù)值計算的準確性。分析SOFA風反切角度變化對煙氣殘余旋轉的削弱作用、爐膛出口左右兩側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,爐膛出口處風速分布的試驗結果如圖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結果

由圖3、圖4可以看出,SOFA風對爐內的逆時針旋轉起到了一定的消旋作用,但是在折焰角處仍存在較強的逆時針殘余旋轉,使爐膛出口處右側的風速較高,而左側的風速較低;爐膛出口左右兩側存在3 m/s的速度差,這與數(shù)值計算的結果一致,說明冷態(tài)動力場的數(shù)值計算能夠真實地反映出該鍋爐的實際情況(圖4中“第幾層”表示的是爐膛出口測點的位置)。

工況2條件下爐膛出口風速分布情況的試驗結果如圖5所示。

圖5 工況2爐膛出口速度分布試驗結果

由圖5可以看出,爐膛出口左右兩側煙氣流速偏差較小,這說明反切角度為8°時,爐膛出口處的煙氣流速基本達到均勻,SOFA風上部的流動狀態(tài)好,使爐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風截面上,爐內逆時針的殘余旋轉基本消失,SOFA風此時的剛性較強,使SOFA風的射流較長。折焰角處爐膛斷面上的流動較為紊亂,這有利于減緩爐膛出口處速度偏差,使爐膛出口靠下部分左側的煙氣流速比右側的煙氣流速高,而爐膛出口靠上部分右側的煙氣流速比左側的煙氣流速高。

工況3條件下爐膛出口速度分布試驗結果如圖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結果

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

3 結 論

1) 切圓鍋爐爐膛折焰角處存在著較強的殘余旋轉。爐膛出口存在較強的殘余旋轉使爐膛出口煙氣流速存在較大的偏差。

2) 數(shù)值計算與冷態(tài)試驗結果基本一致,可以幫助解決實際中存在的煙氣流速偏差問題。

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

[1] 呂太,劉維岐,路昆.600 MW墻式切圓燃燒鍋爐爐內動力特性數(shù)值研究[J].中國電力2014,47(2):94-99. LYU Tai, LIU Weiqi, LU Kun. Numerical simulation of dynamic properties of 600 MW wall type tangentially-fired boilers[J]. Electric Power, 2014,47(2):94-99.

[2] 周俊虎,宋國良,陳寅彪,等.2008 t/h四角切圓燃燒鍋爐爐膛出口煙溫偏差的試驗研究[J].熱力發(fā)電,2003,32(6):31-35. ZHOU Junhu, SONG Guoliang, CHEN Yanbiao, et al. Test and research of flue gas temperature deviation at the furnace exit of a 2008 t/h boiler with tangential firing[J]. Thermal Power Generation, 2003,32(6):31-35.

[3] 吳英,林顯敏,陳林國.600 MW四角切圓燃燒超臨界鍋爐爐膛出口煙溫偏差試驗研究[J].電站系統(tǒng)工程,2012,28(6):32-34. WU Ying, LIN Xianmin, CHEN Linguo. Test and research of flue gas temperature deviation at the furnace exit of 600MW tangentially-fired boiler[J]. Power System Engineering, 2012,28(6): 32-34.

[4] 費名儉,劉建忠,曹獻波,等.反切風對鍋爐冷態(tài)空氣動力場影響的試驗研究[J].電站系統(tǒng)工程,2005,20(6):23-24. FEI Mingjian, LIU Jianzhong, CAO Xianbo, et al. Influence of reversed tangential air admission to aerodynamic field in boiler on cold test[J]. Power System Engineering, 2005,20(6):23-24.

[5] 章旋,徐通模.反切風消減鍋爐煙道兩側煙氣參數(shù)偏差的探討[J].熱能動力工程,1996,11(5):262-266. ZHANG Xuan, XU Tongmo. Discussion on eliminating flue gas parameters deviation by reversed tangential air[J]. Journal of Engineering for Thermal Energy and Power, 1996,11(5):262-266.

[6] 李永華,陳鴻偉,梁化忠.反切及貼壁風技術減輕高溫腐蝕實驗研究[J].中國電力,2002,35(9):7-9. LI Yonghua, CHEN Hongwei, LIANG Huazhong. Experiment and study of alleviating high temperature corrosion of boiler by using anti-tangential air and closing-to-wall air technology[J]. Electric Power, 2002,35(9):7-9.

[7] 常勝良,武文斐,黃軍,等.四角切圓鍋爐冷態(tài)空氣動力場湍流模型研究[J].熱力發(fā)電,2013,42(2):62-66. CHANG Shengliang, WU Wenfei, HUANG Jun, et al. Turbulence model of aerodynamic field in cold experimental model for tangential fired boiler[J]. Thermal Power Generation, 2013,42(2):62-66.

[8] 向寓華,張家元,張小輝.基于數(shù)值模擬的四角切圓燃燒鍋爐冷態(tài)試驗[J].熱力發(fā)電,2012,41(12):14-18. XIANG Yuhua, ZHANG Jiayuan, ZHANG Xiaohui. Numerical simulation based cold tests for a tangentially fired boiler[J]. Thermal Power Generation, 2012,41(12):14-18.

[9] 張桂華,鄭文廣,劉博,等.300 MW亞臨界四角切圓鍋爐冷態(tài)空氣動力場試驗研究[J].電站系統(tǒng)工程,2013,29(6):40-42. ZHANG Guihua, ZHENG Wenguang, LIU Bo, et al. Test research on cold aerodynamic field of tangential-fired 300 MW subcritical boiler [J]. Power System Engineering, 2013,29(6):40-42.

[10] 廖永浩,路昆,劉維岐.600 MW機組墻式切圓鍋爐燃燒特性分析[J].熱力發(fā)電,2014,43(10):51-57. LIAO Yonghao, LU Kun, LIU Weiqi. Numerical simulation on combustion characteristics of a 600 MW unit wall type tangentially fired boiler[J].Thermal Power Generation, 2014, 43(10): 51-57.

(責任編輯 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及節(jié)能優(yōu)化研究工作。

TK223.21

A

2095-6843(2016)02-0178-04