1锅炉冷态动力场试验

“面对面，一切从交流开始”2010年12月第一部分炉内冷态模化及试验§1-1炉内模化及自模化区的确定§1-2炉内冷态模化原理§1-1炉内模化及自模化区的确定一、流动过程近似模化燃烧过程是一个复杂的物理化学过程，在目前理论水平和技术手段条件下尚无法进行准确模化。因此目前多采用流动过程的近似模化、局部模化技术来解决一些大型锅炉燃烧的技术问题。实践证明，通过冷模、冷炉试验来测量下列各项规律是行之有效的方法。1.锅炉燃烧系统的配风均匀程度，如旋流燃烧器的大风箱配风均匀性；四角燃烧器各一、二、三次风系统配风均匀性，各风门挡板的调节特性等；2.燃烧系统及燃料器的阻力特性；燃烧器的流体动力特性；探索新型燃烧器的流动规律；一、二、三次风混合情况；旋流或直流燃烧器回流区的大小及流量变化情况；四角喷燃器的切圆大小等；3.三次风的作用、布置位置、角度和风速等。4.影响炉膛充满度的各种因素。5.探讨炉内结渣的空气动力原因。6.试验消除炉膛出口残余旋转的各种措施。7.摸索合理的运行方式，如低负荷运行方法；四角燃烧中缺角运行影响；停用个别旋流燃烧器的方式；8.探索新的燃烧方式、新的炉膛结构。二、自模化区的概念冷态模化主要是对气流流动状态的模化，对流动过程起主要作用的是雷诺准则：它表明了流动惯性力和粘性力之比值。在等温流动时，它决定了气体流动的阻力特性，通常以欧拉准则来表明压力与惯性力的比值。在截面不变的情况下，阻力系数为欧拉准则的两倍。wDRe(Re)/2fwPEu图１-1某典型锅炉的Eu=f(Re)曲线所谓进入自模化区，就是当Re大于某一定值后，Eu不再Re有关而保持一定值，即惯性力起决定性作用，而粘性力的影响可忽略不计，因此流体质点的运动轨道主要受惯性力的支配而不再受Re值影响。利用进入自模化区的特点进行试验有明显好处。（1）只要模型中的Re数处于自模化区内就可以实现模型不与原型相等而保证流动状态相似，这样就给模型试验带来很大方便，不必用原型很高的Re值进行模化试验（锅炉容量越大，Re值越大）；所谓进入自模化区，就是当Re大于某一定值后，Eu不再Re有关而保持一定值，即惯性力起决定性作用，而粘性力的影响可忽略不计，因此流体质点的运动轨道主要受惯性力的支配而不再受Re值影响。利用进入自模化区的特点进行试验有明显好处。（1）只要模型中的Re数处于自模化区内就可以实现模型不与原型相等而保证流动状态相似，这样就给模型试验带来很大方便，不必用原型很高的Re值进行模化试验（锅炉容量越大，Re值越大）；（2）使局部模化易于实现；（3）可使模化试验所需的风机容量和压头大为降低，使试验易于实现。那么锅炉冷态试验中进入自模化区的最低Re值为多少呢？此值与炉子结构布置有关，从国内外各炉试验资料来看炉内自模化区临界雷诺数Re均小于105（如下表），当设计锅炉冷模时，在缺乏试验数据情况下，可选用Re临=105，即认为Re=105时进入自模化区。炉子型式进入自模化区的临界Relj数值1旋风炉（3.1～4.1）×1042U型炉膛4.5×1043四角布置燃烧器一次风1.48×104周界风4.8×104二次风7.5×1044单层四角布置燃烧器炉膛（2～6）×1045多层四角布置燃烧器炉膛7.5×1046前墙布置旋流燃烧器炉膛4.4×1047旋流燃烧器蜗壳式0.9×105叶片式1.8×105§1-2炉内冷态模化原理一、冷态模化原理1、冷态模化的概念冷态模化是指采用冷模或冷炉试验方法模拟没有燃烧升温状态下的炉内流动情况。当然冷态模化与炉内实际热态情况是有差别的，只对燃烧器出口附近着火阶段前较为符合，因而只能近似模化炉内气流的运动工况。2、冷态模化原则①模型与实物需几何相似；②保持气流运动状态进入自模化区；③边界条件相似。3、边界条件相似考虑到影响炉内流动工况最主要的参数是动量，因此保持模型和实物之间的动量比相等是十分必要的。若以角标O，M分别表示实物和模型；角标1、2、3分别代表一、二、三次风；f、w、ρ、m分别代表喷口面积、平均速度、密度及质量流量，例如mp即为煤粉的喷出质量流量，则模型和实物一、二次风动量比可写成：)/()()/(202010102211wmwmmwmwmpMMMM实物一次风动量是由一次风和燃料动量两部分组成：21010102101010101010101010)1()1()()(101010wfkwfwmwfwmmwfmppp式中，μ为一次风中燃料的质量浓度；k为考虑煤粉流速与风速不同的系数，可近似取为0.8。)/()1()/(2101020210101022222111wfwfkwfwfMMMMMM可见，为了保持动量比相等，模型的一、二次风速比为：201012201012201021)1(ffffk若燃烧器为几何相似，即：201021//ffffMM，则有：)1(273273273273102021201021ktttt同理可写出二、三次风速比的公式：273273273273302023203023ttttvdRe求出，即冷模平均速度：dvdvRwe/10*/5所送风量为：hNmFQtM/36003273273模型和实物的欧拉准则应相等，例如对燃烧器二次风：202uuEE即：2220202222MMMMpp由此可确定模化时二次风速：202220202MMM模型和实物流阻202M的比例可以注意选择，但必须处于自摸化区，为便于观察测量，通常把风量开大至额定植，确定一、二、三次试验风速。第二部分煤粉炉冷态空气动力场试验§2-1概述㈠空气动力场炉膛空间气流运动方向和速度的分布㈡试验对象：新安装投运炉；大修后的锅炉㈢主要目的：直观检查炉内气流的分布、扩散、扰动、混合情况，判断气流工况是否良好。注：炉膛运行的可靠性和经济性，在很大程度上取决于空气动力工况（即风、粉、烟的流动情况）切圆燃烧方式㈣工况良好的主要表现：⑴火焰中心适中，无冲刷贴墙现象；⑵风粉分布均匀，扩散混合良好；⑶烟气对煤粉加热良好，有利于着火稳定⑷火焰充满好，无死滞旋涡区。㈤基本原则使冷态试验结果与热态气流工况尽量接近。需满足的条件：⑴几何相似—试验设备与实际设备的结构相同，尺寸成比例；一般电厂均在实际锅炉上进行试验，自然满足几何相似。⑵流动相似—试验时的流动状态与热态时相似要求：冷态时的Re数=热态的平均Re数或：冷态Re数大于流动自模化区的界限Re数说明：①流动状态主要用Re数来表征②Re=wd/ν(运动粘度)=惯性力/粘性力③自模化区－当Re数大于一定值后，流体惯性力远大于粘性力，流动图形不随Re数的增加而变化的流动状态。（此时，随Re数增加，只有空间各点速度绝对值成比例增加，而速度场图形不再变化）⑷一般炉膛，界限Re数≥104。⑶边界相似（入口条件相似）—使火嘴的风量分配方式与热态相似。故要求各喷口射流：①冷、热态动量相等因冷态时1K中无煤粉，为保持动量相等，则1K风量应适当加大）②冷、热态动量比相等③冷热态的Re数相等。§2-2试验前的准备㈠技术准备⑴按设计风速和风温，计算各射流的动量；⑵根据相似原则，确定试验所需风速；⑶计算试验所需风量，调整和控制风量，使其满足计算要求；㈡安装测点安装位置：冷风、热风、再循环风、1K、2K、3K等管道；㈢检查和校正燃烧器⑴结构完好程度、尺寸、标高、安装角度—应符合设计要求⑵风门档板开度和严密性—实际开度与指示开度应一致；⑶风压表计的正确性。㈣对风烟道进行冷态标定用标准测速管（皮托管）和笛形管分别测量流速，对结果进行比较，求得标定系数（计算风量用的修正系数）㈤其它⑴通风吹扫1～2小时，保持受热面清洁；⑵搭设脚手架，用于观测(尽量不影响气流的流动)；⑶安装照明、观察、测量、照相或摄像设备。§2-3.观测方法㈠飘带法⑴在燃烧器喷口上系长飘带，观察气流情况－刚度、贴墙、切圆位置等；⑵在火嘴出口或上方适当距离的横截面上，拉数层铁丝网络，扎上短飘带，观察截面上的气流方向和速度分布。⑶特点：①飘带过长时容易打绞，既影响观察，又会带来指示偏差；②在弱风区飘带的敏感性差－飘带有一定强度，风速低时不易飘动；③观察记录工作量大，不适宜大尺寸炉膛，仅用于中小容量炉。㈡烟花法⑴在各次风管距出口2米左右处，安放烟花示踪剂；⑵示踪剂在风管中与风混合充满喷口，依靠风的引射进入炉膛；⑷特点：①火花的寿命较短，仅能观察出口气流，对大炉膛不易观察炉内气流轨迹；②在示踪摄像相片中，不易将射流与回流区分清楚如图所示某锅炉使用烟火法进行冷态动力场试验现场照片㈢测量法⑴用测速仪测量各点射流速度和方向⑵测速仪：①喷口出口平面气流—速度探针、皮托管、旋杯式风速仪；②炉膛空间气流—热球风速仪、热线风速仪（可测范围0.05～10m/s，可用于测量弱风区）—磁电高频风速仪（适宜高风速区，如喷口出口处）；⑶测点选择沿炉膛截面对称十字形布置测点，测气流各向速度，然后按比例画风速图（玫瑰图），连接最大切向速度所在位置，即得实际切圆直径；㈣测量法可给出较准确的数量分布，但不够直观。㈡对于直流燃烧器⑴射流特性－射程、速度衰减情况（沿轴线的速度变化）；⑵射流偏斜情况－偏离几何中心情况⑶切圆大小及所在位置；⑷1K与2K的混合特性；⑸调节倾角后的影响－混合与偏斜情况。§2-4.观测要点㈢炉膛气流流动情况⑴气流充满程度；⑵偏斜和刷墙情况；⑶速度分布均匀程度；⑷气流之间相互干扰情况一次风与二次风之间；三次风对一次风和二次风的影响等。§2-5.流化床炉冷态试验1.试验前的检查与准备㈠检查：炉膛、分离器、返料系统、风室、风板和风帽、返料口、落煤口、放渣管、风门档板等，清理干净无杂物；㈡准备：⑴准备仪表—风量表、风压表、差压计、动压测量装置等，仪表齐全，性能完好，安装正确；流化床锅炉结构示意煤粒返料风石灰石一次风二次风流化床锅炉结构图⑵准备底料—用炉渣或溢流渣，粒度与运行床料相近，保持干燥；⑶准备试验材料－记录表格、纸笔、仪表用材（酒精、水或水银）；⑷进行风门档板检查－位置、方向、操作灵活性和正确性；⑸检查炉墙严密性，消除漏风；⑹进行风机试转－检查转动方向、轴承温度和振动、电机电流等。2.风量核定试验㈠任务:核定现场风量表和通风能力,了解引、送风机的风量和风压能否满足燃烧需要；㈡方法⑴在空板（无料层）状态下，启动引、送风机进行通风；⑵保持炉膛负压为20～30Pa，逐步提高风机转速，观察风室静压、风机电流及风门开度指示器的变化，以判断风机的出力是否符合铭牌参数；⑶测量并计算实际风量，核对风量表指示—指示是否正确，最大风量是否足够3.空板阻力特性试验㈠目的：确定一次风量与布风板阻力之间的关系㈡方法:⑴在空板(无料层)状态下，启动引风机和一次风机，维持炉膛负压为20～30Pa（或二次风口负压为零，此时风室静压即为空板压降）；空板阻力特性试验⑵逐渐升高一次风机转速，测定在不同一次风流量下的风室静压；⑶逐渐降低一次风机转速，测定在不同一次风流量下的风室静压；⑷取上行（升高）与下行（降低）时的流量和风室静压的平均值，绘制空板阻力特性曲线ΔPk=f(Q)。空板阻力特性曲线空板压降特性曲线010020030040050060005000100001500020000风量（m3/h)空板压降mmH20实测值表盘值4.布风均匀性检查㈠目的：检查布风板的配风是否均匀，流化时有无死料层㈡方法⑴加入料层约500mm，启动引风机和一次风机，维持炉膛负压为20～30Pa；⑵逐渐提高一次风机转速，使风量超过临界沸腾风量，底料处于良好沸腾状态；⑶逐渐降低一次风机转速，在一次风机转速低于10Hz（20%额定风量）时，停止一次风机和引风机运行。⑷打开炉门，观察静止料层表面的平整度。5.料层阻力特性试验㈠目的：测定一次风量与料层差压的关系，确定临界流化点（从固定床转变为流化床的转折点）。㈡方法：在布风板上放上不同厚度（取300、400、