毛 睿，李 源，任利明，張平安，陳鑫科，馬 侖，方慶艷

(1.潤電能源科學(xué)技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450003；2.華中科技大學(xué) 煤燃燒國家重點實驗室，湖北 武漢 430074)

0 引 言

我國目前主要的發(fā)電方式是火力發(fā)電，2020年我國火力發(fā)電量達53 302.5億kWh，占全國發(fā)電總量的68.52%[1]。雖然近年我國清潔能源發(fā)電中，風(fēng)電與水電等發(fā)電總量不斷增長，但受限于調(diào)峰資源在供給雙方的對接問題，棄電現(xiàn)象仍普遍存在[2-3]。在未來很長時間里，我國能源消費結(jié)構(gòu)依然以煤炭為主[4]。

在大型燃煤電站中，塔式鍋爐結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，塔式鍋爐中煤粉的燃燒形式通常為四角切園燃燒，該燃燒方式具有爐膛內(nèi)火焰充盈度高、受熱面加熱均勻等優(yōu)勢[5-6]。四角切圓燃燒在Π型鍋爐的應(yīng)用與研究較多，主要問題集中在切圓旋流造成的流速不均和煙溫偏差方面，將進一步造成受熱管內(nèi)汽溫偏差與局部的超溫爆管，引發(fā)鍋爐運行的安全問題[7-9]。一般來說，塔式鍋爐煙溫偏差與汽溫偏差相較于Π型鍋爐都偏小，這主要是由于塔式鍋爐的受熱面布置在豎直煙道內(nèi)，鍋爐內(nèi)高溫?zé)煔獾牧鲃痈鶆颉Ｈ欢?，塔式鍋爐實際運行過程中仍存在煙溫偏差較大等問題[10-11]。

相較直接試驗法，數(shù)值分析方法在大型電站鍋爐研究中具有投入成本低、效率高以及量化分析等優(yōu)勢。Tian等[12]模擬了某四角切圓Π型鍋爐，發(fā)現(xiàn)爐膛上部煙氣的殘余旋轉(zhuǎn)是水平煙道流場和煙溫分布不均的主要原因。Zhou等[13]發(fā)現(xiàn)，鍋爐負荷會增加水平煙道的煙溫偏差。Park[14]等研究表明，適當(dāng)調(diào)整燃盡風(fēng)的水平擺角能改善主蒸汽溫的偏差情況。Zhou和Liu等[15-16]研究表明，一次風(fēng)和SOFA風(fēng)的水平擺角方向與主氣流形成反切能有效降低煙溫偏差程度。Sha等[17]在雙切圓鍋爐上的研究表明，雙切圓方向相反也能有效降低鍋爐的煙溫偏差。目前，鮮見切圓燃燒塔式鍋爐煙溫偏差成因以及優(yōu)化的報道。本文對某660 MW切圓塔式鍋爐展開了建模和數(shù)值分析研究，并進行試驗驗證；設(shè)計并模擬了4種不同煙道及受熱面結(jié)構(gòu)，分析屏式受熱面區(qū)域煙氣的流動和溫度偏差特性，并揭示煙溫偏差的機理。

1 模型概況

本文研究對象為某660 MW四角切圓塔式鍋爐(以上海鍋爐廠設(shè)計制造)，爐高為105.95 m，爐寬和爐深均為21.23 m。主燃區(qū)配備有6層一次風(fēng)(A、B、C、D、E、F)，各一次風(fēng)燃燒器上下兩側(cè)各設(shè)置一層可偏置的二次風(fēng)(AA、AB、BC、CC、DD、DE、EF、FF)，主燃區(qū)上方有2組分離式燃盡風(fēng)(BAGP、UAGP)。受熱面主要包括2層過熱器(SH)、2層再熱器(RH)與1層省煤器(ECO)。該四角切園燃煤塔式鍋爐結(jié)構(gòu)如圖1所示，燃用煤種的煤質(zhì)分析見表1，額定負荷條件下鍋爐運行參數(shù)見表2。

圖1 試驗裝置示意Fig.1 Schematic diagram of test device

表1 燃用煤種的煤質(zhì)分析

表2 運行過程中的主要參數(shù)

2 數(shù)值模擬及工況設(shè)置

2.1 數(shù)學(xué)模型與網(wǎng)格劃分

本文模擬計算采用Fluent 16.0軟件，湍流計算采用Realizablek-ε湍流模型，揮發(fā)分析出采用雙步競爭模型，氣相燃燒采用混合分數(shù)與概率密度函數(shù)模型，顆粒運動采用隨機軌道模型，焦炭燃燒采用動力/擴散聯(lián)合控制的表面燃燒反應(yīng)模型，燃燒過程中的輻射換熱采用P-1輻射模型，NOx反應(yīng)機理采用De Scoete機理。模型網(wǎng)格劃分過程中對流變及反應(yīng)集中區(qū)域進行網(wǎng)格加密，以提高計算精度，如圖2所示[18-19]。在3種不同的網(wǎng)格數(shù)量下開展了針對網(wǎng)格獨立性的驗證計算，其中網(wǎng)格1～3的網(wǎng)格數(shù)量依次為155萬、253萬與355萬，網(wǎng)格無關(guān)性的驗證結(jié)果如圖3所示?？芍W(wǎng)格2為兼顧計算精度和效率的最優(yōu)方案。

圖2 網(wǎng)格劃分Fig.2 Mesh generation

圖3 網(wǎng)格無關(guān)性驗證Fig.3 Mesh independence verification

2.2 數(shù)學(xué)模型工況

數(shù)值模擬工況設(shè)置見表3，總工況數(shù)設(shè)定為4個。工況1為基本工況，與試驗結(jié)果對比，驗證本文建立的數(shù)值模擬模型的可靠性，同時研究塔式鍋爐在額定負荷運行下的流場與溫度分布特性。工況2在工況1基礎(chǔ)上將水平煙道設(shè)置在爐膛前墻一方，其余一致，研究水平煙道出口位置對煙溫偏差的影響。工況3以豎直向上的煙道替換水平煙道，比較工況1和2以研究煙溫偏差受煙道內(nèi)煙氣轉(zhuǎn)角的影響程度。工況4在工況3基礎(chǔ)上取消煙道上的受熱面，對比工況3以研究原受熱面區(qū)域的受熱面對煙溫偏差的影響。各工況煙道及受熱面結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 各工況煙道及受熱面結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of flue and heating surface on each conditions

表3 工況設(shè)置

3 結(jié)果及討論

3.1 數(shù)值模擬可靠性驗證

該塔式鍋爐在100%負荷下鍋爐出口煙氣O2、CO2、NO濃度以及煤粉燃盡率的計算值與試驗值(工況1)對比見表4，可知計算值與試驗值的相對誤差都在10%以內(nèi)。

表4 試驗值和模擬值對比

本文進一步采用過熱器入口截面沿爐膛寬度方向的煙氣溫度計算值和管壁壁溫測量值的分布特性對比驗證了計算的煙氣溫度分布合理性，管壁溫度測量值由布置的過熱器各管壁溫度測點獲得。其中，Line-1位于過熱器入口距離前墻5.31 m的線段位置，Line-2位于過熱器入口距離后墻5.31 m的線段位置，Line-3位于Line-1與Line-2兩線的中間位置，Line-1、Line-2、Line-3三條線在圖1(a)中以“L1”、“L2”、“L3”標示，對比結(jié)果如圖5所示?？芍獪y量的管壁溫度值與計算的煙氣溫度值沿爐膛寬度方向的分布特性一致；管壁壁溫測量值和煙氣溫度計算值表明，在過熱器入口處已呈現(xiàn)爐膛左側(cè)溫度高于右側(cè)的現(xiàn)象。

圖5 過熱器入口沿爐膛寬度方向的煙氣溫度計算值和管壁壁溫測量值分布特性對比Fig.5 Comparison of temperature variation trend ofgas and tube wall at the inlet of superheater

上述實際運行參數(shù)與計算值對比表明，本文建立的幾何模型與選用的計算模型能合理模擬該660 MW四角切圓燃燃燒塔式鍋爐的實際燃燒特性。

3.2 基本工況流動及煙溫偏差特性

工況1下爐膛各水平截面的速度場和溫度場如圖6所示。速度分布和溫度分布表明，在燃燒器區(qū)域不論是速度場還是溫度場都基本呈現(xiàn)對稱分布特點，此區(qū)域內(nèi)參數(shù)的左右偏差相對較小。當(dāng)爐膛內(nèi)的煙氣從燃燒器區(qū)域進入到屏式受熱面區(qū)域后，煙氣在水平截面上的速度與溫度逐漸呈現(xiàn)出非對稱分布的特點，左右兩側(cè)可以看出明顯的偏差。煙氣在屏式受熱面區(qū)域速度的豎直分量呈現(xiàn)以下特點：高速朝上煙氣流動區(qū)域偏向左墻，而在右墻附近的大片區(qū)域朝下運動，形成局部的煙氣回流區(qū)。這表明在屏式受熱面區(qū)域的左半?yún)^(qū)單位時間內(nèi)流經(jīng)的煙氣量遠大于右半?yún)^(qū)，對左半?yún)^(qū)而言，更多的煙氣流經(jīng)相同面積的受熱面，將會使該區(qū)域吸收更多的熱量，使受熱面和蒸汽溫度提高，同時高速高溫的煙氣在流通該區(qū)域后也能維持較高溫度；而對右半?yún)^(qū)，相對較少的煙氣則使得煙氣流經(jīng)該區(qū)域的停留時間大大增加，煙氣帶入熱量較低且使得自身溫度快速降低，這會加劇右半?yún)^(qū)下游的煙溫更快降低。

圖6 工況1爐膛水平截面速度場和溫度場Fig.6 Velocity and temperature field of furnace horizontal section on case 1

屏式受熱面流速和溫度分布的不均勻特性會引起左右半?yún)^(qū)的過熱器與再熱器的汽溫偏差，從而導(dǎo)致鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性降低。

塔式鍋爐以對流換熱和輻射換熱2種換熱方式作為屏式受熱面與煙氣的主要換熱方式，而內(nèi)部蒸汽主要為對流換熱，當(dāng)屏式受熱面區(qū)域的左右半?yún)^(qū)出現(xiàn)煙溫偏差時，將相應(yīng)產(chǎn)生過熱器與再熱器的煙溫偏差。為考察煙氣溫度在屏式受熱面左右半?yún)^(qū)的煙溫偏差特性，本文定義了以下指標用以量化煙氣在屏式受熱面區(qū)域的煙溫偏差：

ΔVZ=VZmean,left-VZmean,right，

(1)

EVZ=VZmean,left/VZmean,right，

(2)

ΔM=Mmean,left-Mmean,right，

(3)

EM=Mmean,left/Mmean,right，

(4)

ΔT=Tmean,left-Tmean,right，

(5)

ET=Tmean,left/Tmean,right，

(6)

式中，ΔVZ為水平截面左右半?yún)^(qū)的豎直方向速度的絕對偏差；EVZ為豎直方向速度的相對偏差；ΔM為質(zhì)量流率的絕對偏差；EM為質(zhì)量流率的相對偏差；ΔT為煙溫的絕對偏差；ET為煙溫的相對偏差；VZmean,left和VZmean,right分別為水平截面上左半?yún)^(qū)和右半?yún)^(qū)豎直方向速度平均值，m/s；Mmean,left和Mmean,right分別為水平截面上左半?yún)^(qū)和右半?yún)^(qū)的質(zhì)量流量平均值，kg/s；Tmean,left和Tmean,right分別為水平截面上左半?yún)^(qū)和右半?yún)^(qū)的溫度平均值，K。

如果煙溫絕對偏差指標ΔVZ、ΔM和ΔT均大于0，同時煙溫相對偏差指標EVZ、EM和ET均大于1，表明屏式受熱面區(qū)域水平截面左半?yún)^(qū)的豎直方向速度、質(zhì)量流率和溫度平均值均高于右半?yún)^(qū)對應(yīng)數(shù)值，流場向左半?yún)^(qū)偏斜，高溫區(qū)向左半?yún)^(qū)偏置，且差值越大，流場的偏斜和高溫區(qū)的偏置越大。而偏差指標反之，其流場和高溫區(qū)向偏向右半?yún)^(qū)。

過熱器入口到省煤器出口區(qū)域的煙溫偏差指標統(tǒng)計結(jié)果如圖7所示。可知工況1在該區(qū)域的煙溫絕對偏差指標ΔVz、ΔM和ΔT均大于0，煙溫相對偏差指標EVz、EM和ET均大于1，說明工況1該區(qū)域的流場和高溫區(qū)向偏向左半?yún)^(qū)。隨著煙氣在爐膛中高度的增加，豎直方向速度的絕對偏差不斷降低，相對偏差不斷增加；質(zhì)量流量的絕對偏差與相對偏差不斷增加；煙溫絕對偏差先增加后減少。在過熱器的入口位置處(64～68 m)，煙溫偏差快速增加，水平截面的平均溫度則逐漸下降。在68 m高度位置左右半?yún)^(qū)煙溫偏差最大。在之后的區(qū)域內(nèi)，由于煙氣不斷加熱受熱面內(nèi)的蒸汽，整體平均溫度逐漸降低，溫度偏差逐漸降低。因此整個屏式受熱面區(qū)域中，煙氣流經(jīng)過熱器入口的位置處氣體溫度偏高，屏式受熱面左右半?yún)^(qū)的煙溫偏差較大。工況2各偏差特性參數(shù)規(guī)律均與工況1相反，煙溫絕對偏差指標ΔVZ、ΔM和ΔT均小于0，煙溫相對偏差指標EVZ、EM和ET均小于1，工況2在該區(qū)域的流場和高溫區(qū)向偏向右半?yún)^(qū)。工況1與工況2偏差特性差異說明煙氣抽吸方向?qū)@著影響煙溫偏差的偏向，抽吸方向?qū)煖仄钣绊懙臋C理需進一步深入分析。工況3與工況4煙氣保持豎直方向流動，煙氣通過受熱面區(qū)域時左右區(qū)偏差差異較小，工況3與工況4煙溫絕對偏差指標ΔVZ、ΔM和ΔT均接近0，煙溫相對偏差指標EVZ、EM和ET均接近1。其中不設(shè)置水平煙道和受熱面的工況4偏差程度最趨于左右區(qū)平衡。

圖7 屏式受熱面區(qū)域偏差特性隨高度變化規(guī)律Fig.7 Regional deviation with height of screen heating surface

3.3 流場與溫度場偏差形成機理

4種不同的煙道結(jié)構(gòu)和屏式受熱面布置的工況下，煙氣的豎直方向速度分布和溫度分布如圖8、9所示?？芍r1在后墻頂部放置爐頂水平煙道，屏式受熱面區(qū)域的煙氣向左半?yún)^(qū)偏斜運動，使得左半?yún)^(qū)的煙氣流速和溫度均較高。工況2的水平煙道布置位置與工況1相反，在前墻頂部放置爐頂水平煙道，此時屏式受熱面區(qū)域的煙氣向右半?yún)^(qū)偏斜運動，使得右半?yún)^(qū)煙氣流速和溫度均較高。工況3以豎直向上的煙道替換水平煙道，其速度分布和溫度分布情況與前2個工況不同。整體呈現(xiàn)速度場和溫度場沿幾何中心對稱分布，總體來說高溫高流速區(qū)域位于爐膛中心位置，分布形狀從下到上由圓形過渡橢圓形再過渡到呈帶狀的對角分布。工況3左右半?yún)^(qū)的流場偏置與煙溫偏差均較小，雖然煙溫偏差問題較前2個工況明顯改善，但爐膛幾何中心處溫度仍偏高。工況4在工況3的基礎(chǔ)上取消煙道上的受熱面，直觀發(fā)現(xiàn)取消了水平煙道和屏式受熱面的煙道將不再出現(xiàn)速度場偏斜與煙溫偏差問題，左右半?yún)^(qū)的流場和溫度場不隨高度增加而出現(xiàn)偏斜問題。結(jié)合現(xiàn)場測得的測量數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬的模擬結(jié)果進一步發(fā)現(xiàn)，由于工況1的SOFA風(fēng)反切過度，使得煙氣在沿逆時針方向產(chǎn)生過大的旋轉(zhuǎn)強度，同樣使得屏式受熱面區(qū)域存在較大的煙溫偏差。

圖8 受熱面水平截面豎直方向速度分布Fig.8 Vertical velocity distribution of horizontal section of heating surface

圖9 受熱面水平截面溫度分布Fig.9 Temperature distribution in horizontal section of heating surface

煙氣在屏式受熱面區(qū)域內(nèi)流場偏置和溫度偏差的形成與爐膛內(nèi)煙道幾何結(jié)構(gòu)和屏式受熱管布置情況緊密相關(guān)。下游引風(fēng)機對爐膛內(nèi)煙氣的抽吸作用方位通過煙道安裝方位確定，即煙道結(jié)構(gòu)對流場和溫度場分布的影響可視為下游引風(fēng)機對爐膛內(nèi)煙氣抽吸作用的影響。

除了煙道結(jié)構(gòu)能對煙氣流動產(chǎn)生影響，屏式受熱管屏對各屏之間煙氣流動也存在一定約束。比較工況3、4的流場分布可知，在屏式受熱管區(qū)域中，煙氣呈螺旋狀上升，在受熱管的深度方向煙氣流動較自由，但橫向流動受到限制，使得煙氣進入某一屏式受熱面后，在寬度方向速度分量迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闋t膛深度和高度方向的速度分量，煙氣也會轉(zhuǎn)向爐膛的高度和深度方向運動，使得在受熱面布置方向與煙氣旋流流向不一致區(qū)域的煙氣將持續(xù)向受熱面布置方向與煙氣旋流流向一致的區(qū)域轉(zhuǎn)移，且兩級屏式受熱面之間空腔區(qū)域煙氣橫向流動相對高度和深度方向的移動不明顯，這是屏式受熱面區(qū)域水平截面流速分布不均的重要原因。該趨勢將一直持續(xù)到煙氣完全離開所有的屏式受熱面區(qū)域后，即進入爐頂?shù)目臻g。此時由于爐膛頂部阻擋作用，煙氣在豎直方向的速度急速降低，該區(qū)域煙氣將在壓差驅(qū)動下，一部分在引風(fēng)機抽力作用下流向下游的水平煙道，另一部分沿寬度方向擴散，向由于屏式換熱器約束形成的低流速區(qū)域進行倒灌回流。

結(jié)合上述結(jié)論，對工況1出現(xiàn)的流場偏置與煙溫偏差現(xiàn)象進行分析。屏式受熱面區(qū)域在爐膛在深度方向截面上的速度和溫度分布如圖10、11所示。其中位于爐內(nèi)與右墻距離2.61 m的位置為Y1截面，位于左右墻面正中間位置的為Y2截面，位于爐內(nèi)距離左墻2.61 m位置的為Y3截面。

由圖10(a)可知，靠近爐膛的右墻區(qū)域為屏式受熱面的入口，煙氣流線向后墻區(qū)域存在明顯偏斜情況，根據(jù)前文分析，Y1截面的左邊區(qū)域是受熱面布置方向與煙氣旋流流向不一致的區(qū)域，故該區(qū)域煙氣在沖刷受熱面后，受到受熱面的約束作用，煙氣會向受熱面布置方向與煙氣旋流流向一致的區(qū)域轉(zhuǎn)移，即煙氣會轉(zhuǎn)向該截面的右邊區(qū)域流動，并在沖刷后墻后受到后墻和受熱面2個方位的同時約束轉(zhuǎn)而向上運動。隨著高度增加，Y1截面左側(cè)區(qū)域煙氣不斷向右側(cè)區(qū)域流出，加之引風(fēng)機向右的抽吸作用加劇了這種作用，并在此形成低壓區(qū)，在受熱面約束下，該區(qū)域只能從沖刷爐頂后回流的煙氣中“補充”向右側(cè)流失的煙氣，故Y1截面屏式受熱面的上部區(qū)域會出現(xiàn)向下回流的現(xiàn)象。由圖10(c)可知，Y3截面上煙氣流線出現(xiàn)向前墻偏斜的情況同理，但與Y1截面不同的是，Y3截面上，由于引風(fēng)機向右的抽吸作用在右側(cè)形成負壓區(qū)，煙氣受到牽引轉(zhuǎn)而向右流動，該截面上煙氣向左“流失”的現(xiàn)象有效緩解，流場分布相較Y1截面也較均勻，回流區(qū)非常小。由圖10(b)可知，Y2截面上煙氣流向偏轉(zhuǎn)不明顯的原因是該截面上煙氣流動方向與受熱面垂直，煙氣在沖刷受熱面后左右偏斜程度相互抵消，故整體向上流動，并在引風(fēng)機作用下呈現(xiàn)整體向右偏轉(zhuǎn)的趨勢。

圖10 工況1屏式受熱面區(qū)域等Y值截面上速度分布Fig.10 Velocity distribution on Y equivalent section of screen heating surface on Case 1

屏式換熱面中回流區(qū)與低速區(qū)的高溫?zé)煔饬魍糠浅５?，如Y1截面在受熱面上的左中側(cè)區(qū)域、Y2截面在受熱面上的左上部區(qū)域與Y3截面水平煙道與后墻連接處附近的回流區(qū)，這些區(qū)域單位時間流經(jīng)的高溫?zé)煔庀鄬^少，吸熱量較低，蒸汽得不到充足加熱，同時這些區(qū)域的煙氣停留時間較長，進一步降低了該處煙氣溫度。由圖11直觀看到，上述回流區(qū)和低速區(qū)的煙氣溫度非常接近爐膛出口溫度，換熱量遠低于高速區(qū)域。同時發(fā)現(xiàn)煙氣高速流通區(qū)域由于停留時間短，煙氣保持在較高溫度，易出現(xiàn)管內(nèi)蒸汽超溫超壓、爆管等安全問題。

圖11 工況1屏式受熱面區(qū)域等Y值截面上溫度分布Fig.11 Temperature distribution on Y equivalent section of screen heating surface on Case 1

對比發(fā)現(xiàn)屏式受熱面右半?yún)^(qū)域有大范圍回流區(qū)，而左半?yún)^(qū)域由于引風(fēng)機向右抽吸作用，回流規(guī)模大幅減少，故左半?yún)^(qū)域的流動阻力低于右半?yún)^(qū)域，使屏式換熱面左半?yún)^(qū)域流速和流量都大于右半?yún)^(qū)域，進一步造成了煙氣溫度在屏式換熱面左右半?yún)^(qū)的差異。

屏式受熱面區(qū)域等X值截面上的速度和溫度分布如圖12、13所示。其中X1截面為位于爐內(nèi)距離前墻2.61 m位置，X2截面為位于前后墻面正中間位置，X3截面為位于爐內(nèi)距離后墻2.61 m位置。圖12中X1截面上，前墻附近的煙氣在屏式受熱面區(qū)域入口前向具有向右墻的速度分量，X3截面上，后墻附近煙氣具有向左墻的速度分量。屏式受熱管的分割與整流作用會在一定程度上影響煙氣在X值截面上的流動。圖12(a)、(b)中，煙氣流動基本與屏式受熱面保持平行，很少在相鄰兩級受熱面之間出現(xiàn)橫向流動。同時，靠近右墻區(qū)域有大量回流區(qū)域，其中回流煙氣來源于受熱面左半?yún)^(qū)或中部區(qū)域的煙氣在沖刷爐頂后的回流。圖12(c)中煙氣向上流動時，煙氣在相鄰兩級受熱面之間多為橫向流動，且整體流速較低，未形成明顯回流區(qū)。

圖12中的煙氣流動特征與前文煙氣在屏式受熱管區(qū)域中受到的約束分析一致。分析煙氣的溫度場時也能得出與前文一致的結(jié)論，即各X值截面上的溫度分布與流場分布具有相關(guān)性，圖13中，屏式受熱面右半?yún)^(qū)域的煙氣整體溫度比左半?yún)^(qū)域的煙氣整體溫度低，高溫區(qū)域向受熱面的左半?yún)^(qū)偏斜。

圖12 工況1屏式受熱面區(qū)域等X值截面上速度分布Fig.12 Velocity distribution on X equivalent section of screen heating surface on Case 1

圖13 工況1屏式受熱面區(qū)域等X值截面上溫度分布Fig.13 Temperature distribution on X equivalent section of screen heating surface on case 1

綜上，屏式受熱面區(qū)域的溫度偏差與流場的偏斜緊密相關(guān)，而流場的偏斜因素為旋轉(zhuǎn)上升煙氣同時受到了管屏的分割作用與引風(fēng)機的抽吸作用，如圖14所示。首先，煙氣旋轉(zhuǎn)上升進入管屏后，煙氣流動將受到管屏約束，垂直于管屏布置方向的速度分量發(fā)生轉(zhuǎn)向，靠近左墻一側(cè)的煙氣向前墻方向流動，靠近右墻一側(cè)的煙氣向后墻方向流動。然后，在下游引風(fēng)機的抽吸作用下，左墻附近的煙氣流動先向前墻傾斜，而后轉(zhuǎn)向后墻，在屏式受熱面區(qū)域分布較為居中；而右墻附近的煙氣先向后墻傾斜，后被引風(fēng)機沿后墻抽走，流場偏斜嚴重，回流規(guī)模大。針對塔式切圓鍋爐煙溫偏差問題，采取以下措施：合理調(diào)整SOFA風(fēng)偏置角、上下擺角，改變各SOFA噴口送風(fēng)配比，降低進入屏區(qū)煙氣的初始偏差等。

圖14 屏式受熱面區(qū)域流場偏斜機理Fig.14 Mechanism of flow field deflection in screen heating surface

4 結(jié) 論

1)屏式受熱面區(qū)域存在明顯的煙氣流動偏斜和溫度偏差，左側(cè)區(qū)域速度和溫度明顯高于右側(cè)；隨高度增加，左右兩側(cè)的流動和煙溫偏差先增后減，標高68 m的三級過熱器入口附近煙溫偏差達最大。

2)引起煙氣流動和煙溫偏差的原因有2方面：一是在受熱面管屏分割約束的作用下，旋轉(zhuǎn)上升進入屏區(qū)的煙氣的垂直于管屏方向的速度分量被迫發(fā)生轉(zhuǎn)向，導(dǎo)致靠近左側(cè)區(qū)域煙氣主要向前墻流動，而右側(cè)區(qū)域煙氣主要向后墻流動。二是由于爐膛頂部煙氣出口不對稱布置在后墻，在引風(fēng)機的抽吸作用下，左側(cè)區(qū)域的煙氣流動先向前墻傾斜，而后轉(zhuǎn)向后墻，在整個屏式受熱面區(qū)域分布較為居中；而右墻區(qū)域的煙氣先向后墻傾斜，后沿后墻區(qū)域被抽走；左右兩側(cè)不同的煙氣流動偏差導(dǎo)致溫度偏差。