mw锅炉旋流燃烧器冷态实验 毕业设计论.doc

XX大学本科毕业设计（论文）摘 要随着电站锅炉技术的不断发展，旋流燃烧器因其炉膛出口烟温和流速较稳定的优势，在国内外得到广泛的应用。但在我国的使用过程中，旋流燃烧器又普遍存在一些问题。本文是针对XX电厂燃烧器的一次风风速对锅炉引起的问题而进行的:一次风风速过高会引起对水冷壁的冲刷和高温腐蚀；会对燃烧器一次风管产生磨损；以及引起燃烧器燃料的着火的不稳定。一次风风速过低会引起火焰对炉膛的充满度不好。针对XX电厂存在的问题，通过冷态模化实验，本文利用热膜风速仪测量燃烧器出口的风速和湍动度以及中心线的流速分布，分析流场的流动情况，研究它们对锅炉产生的影响。 关键词：冷态模化;湍动度;旋流燃烧器; 热膜风速仪 AbstractAs the development of station boilers technology, the cyclone burners which have the advantage that their furnace outlet gas temperature and flow rate are steady are widely used at both home and abroad. At the same time, the cyclone burners have many problems during the application of them in China. This paper mainly talks about the boilers problems that the primary airs velocity caused in * power plant:While primary air are badly higher will flush the cold wall and cause a high temperature decay;causing the primary air pipeline abraded ;and causing the fuel is not steady burned in the burners.While the primary air are badly lower will cause the fire not very completely full the furnace.Against the problems of the * power plant, using the cold modularization experiment，in this paper the hot film anemoscope will measure the furnace outlet air speed、and turbulivity of the burners, analyzing flow situation of the flow field, and research the influence for the boiler .Keywords：cold modularization;turbulivity;cyclone burner;constant temperature anemometer目录摘 要IAbstractII目录III1.绪 论11.1 背景11.2 燃烧器概述21.2.1 直流式燃烧器的特点21.2.2 旋流式燃烧器的特点单蜗壳扩锥型旋流燃烧器双蜗壳旋流燃烧器 轴向叶片型旋流燃烧器切向叶片型旋流燃烧器41.3 双调风旋流燃烧器41.4 论文的主要工作52.冷态模化理论62.1冷态模化简介62.2原型描述72.3 模化条件73.实验系统103.1原型燃烧器简介103.2冷态实验台113.3热线（膜）风速仪介绍及标定124.系统设计计算194.1模化计算194.2 计算总结225.实验测量与结果分析235.1 100%MCR负荷工况下试验结果235.1.1测量方法速度和湍动度的测量中心线流速的测量315.2实验结论33致谢35参考文献36371.绪 论1.1背景电力工业是国民经济发展的基础，在过去的20年里，电力工业为我国经济的发展作出了重大的贡献。而我国的能源以煤为主，电力工业用煤又以劣质煤为主，而且煤种多变、挥发份低，所以保证煤粉燃烧的高效和稳定是电力工业的一个重要任务。在火电厂，锅炉运行的可靠性和经济性与炉膛空气动力场的好坏有着密切的联系。组织良好的炉膛空气动力场可以保证锅炉燃烧稳定、燃尽迅速、有合宜的炉膛燃烧中心和良好的炉膛火焰充满度，而且炉膛气流无偏斜也无贴边冲刷炉膛。这样就可以保持经济可靠的燃烧，从而使锅炉能有效而安全地运行1。旋流煤粉燃烧器在国内外有着广泛应用，在我国电站锅炉中,采用旋流燃烧器的锅炉占总容量的20 %左右。国产旋流燃烧器目前能应用在300MW 以下锅炉机组，从国外引进的大型锅炉机组旋流燃烧器也只应用在600MW 锅炉机组的水平上2。旋流燃烧器依靠高温回流区作为稳定的热源,提高了火焰稳定性,并可单独进行燃烧。采用旋流燃烧器的大型煤粉锅炉有其独特的优点：首先可以避免采用直流燃烧器四角切圆燃烧产生的过热器区的热偏差；其次是对炉膛形状没有严格的要求，不必一定接近正方型，给尾部受热面布置带来了极大的方便。从国外进口的300MW及其以上容量大型机组大多采用旋流燃烧器。国外开发旋流燃烧器的主要出发点是降低NOX 的排放，减少环境污染。由于我国机组以燃用劣质煤为主，进口机组在运行时，普遍存在一些问题，如高温腐蚀，低负荷稳燃能力差等2。国内外很多学者对旋流燃烧器作了大量研究工作，Dixon等人利用五孔探针研究了一次风不同旋流强度下旋转射流的流动特性3。Vu等人利用球形五孔探针和一维恒温式热线风速仪测量了同轴共向和反向旋转组合射流的时均流场及湍流特性参数 ,发现了这两种流动结构湍流能量的分布规律4。李争起等人利用多谱勒两相流测量技术(PDA)对径向浓淡旋流煤粉燃烧器出口气固两相流场进行了研究5随着国内外对节能和环保的日益关注以及电站锅炉技术的不断发展，旋流燃烧器因其炉膛出口烟温和流速较稳定的优势，在国内外得到广泛的应用。但在我国的使用过程中，旋流燃烧器又普遍存在一些问题。本文针对XX电厂燃烧器实际运行存在问题：当一次风风速过高会引起对水冷壁的冲刷和高温腐蚀；会对燃烧器一次风管产生磨损；以及引起燃烧器燃料的着火的不稳定。一次风风速过低会引起火焰对炉膛的充满度不好。本课题是鉴于上述情况而开展的工作。1.2 燃烧器概述在组织炉膛空气动力场时，其中一个很重要的设备便是燃烧器。它是煤粉锅炉的主要燃烧设备，其作用是保证燃料和燃烧用空气在进入炉膛时能充分混合，及时着火和稳定燃烧。燃煤燃烧器按其出口气流特性可分为两大类：直流燃烧器、旋流燃烧器。1.2.1 直流式燃烧器的特点直流燃烧器的出口气流是直流射流，它的特征是扩散角小、射程远，单股射流对周围的卷吸作用小而且没有中心回流,这对着火不利。燃烧器通常布置在炉膛4个角上，依靠上下游射流的相互点火作用稳定燃烧;直流燃烧器通常分携带煤粉的一次风与起助燃作用的二次风，燃烧器喷口布置于炉膛燃烧器区域的4个角上，燃烧器的布置形式随煤种而变。对于中质以上的烟煤由于比较容易着火而采用一、二次风喷口间隔布置的均等配风法，并且采用直吹式制粉系统。对于贫煤与无烟煤，为了稳定着火，采用中间储仓制热风送粉方式，并且为了减少着火初期与二次风的混合，故通常采用一、二次风相对分别集中布置。在直吹式制粉系统中.为了合理组织沪膛运行工况，同一层一次风燃烧器与同一台磨煤机相连。并且采取措施减少各个角上风、粉分配的不均匀性。随着锅炉容量的增大，燃烧器的数目增多，燃烧器组的高度相应增加。 直流燃烧器锅炉从各个角上喷出的射流在炉膛中形成大的旋转火球。整个炉膛相当于一个大的燃烧器。锅炉着火性能优越，炉内混合强烈，炉膛四壁的热负荷分布比较均匀。煤粉在炉内停留时间较长，易于燃尽。其优势在于充分利用各单个燃烧器之间相互配合的强大作用28。1.2.2 旋流式燃烧器的特点旋流式燃烧器的特点是气流的扩展角大,中心的回流区可以卷吸来自燃烧室深处的高温烟气，加热煤粉气流的根部，这对着火有利；但从另一方面看，二次风与一次风相距很近，一二次风的混合较早，又使着火升温所需的热量增大而又对着火不利。旋转射流的旋转效应消失得很快，而且最大轴向气流速度的衰减也快,这样对挥发分低或挥发分中等而灰分大的煤种，旋流式燃烧器前期混合显得偏早，而后期混合又不够强烈,所以容易导致着火不稳定或燃尽较困难的情况。旋流燃烧器的射程小，火焰粗而短,对燃烧室的截面形状不要求是正方形或接近正方形，可以是较扁的长方形。长方形截面的燃烧室，深度小，这有利于在锅炉后部布置空气预热器和送风机等辅助设备。旋流式燃烧器常见的布置方式：前墙布置和前后墙对冲或错列布置。在大容量锅炉上,往往又布置成多排多层7。旋流式燃烧器其出口气流是旋转射流。气流旋转的情况分为两种：一种是一次风和二次风都旋转，一种是二次风旋转而一次风为直流。按促使气流旋转的旋流部件的形式分，比较典型的有蜗壳式和叶片式两类。蜗壳式又分为双蜗壳和单蜗壳；叶片式分为轴向式和切向式。单蜗壳扩锥型旋流燃烧器 二次风气流通过蜗壳旋流器产生旋转成为旋转射流，一次风则经中心管直接射出，不旋转。在一次风出口处装有一个扩流锥，使一次风出口中心处形成回流区，回流区高温烟气有利于煤粉气流的着火和稳定燃烧。这种燃烧器的特点是一次风阻力小，射程远。对煤种适应性较好，可燃用较差的煤，但是扩流锥容易烧坏9。（如图11）8图1-1单蜗壳扩锥型旋流燃烧器简图双蜗壳旋流燃烧器这种燃烧器的一、二次风都是通过各自的蜗壳而形成旋转射流的，（如图12）8一、二次风的旋转方向通常是相同的，因为这有利于气流的混合。燃烧器的中心装有一根中心管，可以装置点火用的重油喷嘴。大蜗壳中是二次风，小蜗壳中是一次风。这种燃烧器的舌形挡板调节性能不很好，调节幅度不大，故对燃料的适应范围不广；同时特别是一次风阻力大，不宜用于直吹式制粉系统；燃烧器出口处的气流速度和煤粉浓度分布都很不均匀，所以在燃用低挥发分的现代大、中型锅炉就很少用它9。图1-2双蜗壳旋流燃烧器简图 轴向叶片型旋流燃烧器一次风为直流，二次风是旋转的，中心有一根中心风管，中心风管外是一次风环形通道，中心风管内可以设置油喷嘴。二次风气流流动时受轴向叶片的引导而产生旋转。二次风叶轮可通过调整机构沿轴向移动,从而调整二次风的旋流强度。二次风通道是一个环锥形的套筒，二次风叶轮也是环锥形的,叶轮装在套筒内。用叶轮上的拉杆轴向移动叶轮,就可改变叶轮与环锥形通道之间的径向间隙。流经环状通道径向间隙的气流是不旋转的直流气流,因此调节叶轮的位置便可改变旋转气流与直流气流的比例，从而达到调整二次风气流旋流强度的目的。一次风虽为直流，但可以用一次风壳上装设的舌形挡板调节，使一次风出口气流有一定的扩展7。（如图13）8图1-3轴向可动叶转式旋流燃烧器切向叶片型旋流燃烧器一次风气流为直流或弱旋转射流，二次风气流通过切向叶片旋流器而产生旋转。一般切向叶片做成可调式，改变叶片的倾斜角即可调节气流的旋流强度。1.3 双调风旋流燃烧器双调风旋流燃烧器的特点，在于它具有内外两层旋流调风器。但与双蜗壳燃烧器分别将一、二次风旋流相比具有本质不同，它是将二次风分为内、外两圈可调节的环状旋转气流，内、外层之间的风量分配由配风盘来进行调节，其中大部分二次风由外调风器进入炉膛，煤粉由中心一次风喷入炉内。燃烧器的一次风管内装有煤粉导向装置和锥形扩散器，可使煤粉均匀流动和形成环状浓粉气流。燃烧器能产生良好的空气动力场，形成有利于着火、稳定燃烧的高温烟气回流区。提供完全燃烧所需的空气与煤粉的良好和适时的混合。燃料的着火是在火焰中心的含粉浓度较大的风粉混合物中发生的，流经内调风器的数量较少的内二次风与一次风混合并形成内燃烧区，在此区域的高浓度风粉混合物和相对的低温燃烧。确保了着火稳定，限制了燃料型NOx的生成量。从外调风器流入的数量和刚性相对较大的外二次风，将内燃烧区包围，并在炉膛中与内燃烧区中未燃尽的煤粉充分混合，进一步促使煤粉燃尽。这样就使煤粉燃烧的过程历时较长，燃烧区域内的温度水平降低，因而减少了热力型NOX的生成量6。（如图15）6图1-4双调风旋流燃烧器简图1.4 论文的主要工作针对XX电厂燃烧器实际运行存在的一次风风速过高和过低对锅炉的影响问题。本论文用冷态模化实验研究的方法，模拟燃烧器实际运行工况，对燃烧器提出合理的改造意见。找出切实可行的措施来解决锅炉存在的问题。具体工作如下：一、根据电厂燃烧器具体的设计参数，按照满足的自模化条件，完成模化计算。二、制定试验方案，安排实验工况，对中心风管管径为273mm和133mm的燃烧器出口进行气相实验研究，用以测量燃烧器的流场情况、湍动度和射程等数据。三、由结果分析中心风管管径为273mm和133mm的燃烧器的一次风风速对锅炉的影响，并作对比分析，指出哪个管径的燃烧器对锅炉运行较好。2.冷态模化理论2.1冷态模化简介电站锅炉炉膛较为庞大，因此研究锅炉炉膛的空气动力场，除了在已建成的锅炉机组上实际测试外，通常都按照一定的模拟方法建立模型实验台，先在模型实验台对炉内空气动力场进行试验研究，将其研究结果用以指导实际锅炉的设计及运行。国内外大量研究表明：一般情况下，在冷态等温模型上得到的流速分布、压力分布规律与热态实际设备的情况接近；得出的流动特性与通道几何形状、运行工况之间的关系的规律适用于热态设备。当然，模型毕竟不是实际，在冷模实验中也发现了冷热态流场差别较大的情况1011。炉内模化试验通常在下列情况下采用：在设计新型锅炉或新炉投入运行时，可以通过模化实验来了解、掌握其流动规律，验证及修改设计及运行方案；对已有的不正常的燃烧设备，可通过模化或冷炉实验，找出其改正的措施。因此，冷态等温模化技术被认为是一种省时、省力、效率高、灵活性强的一种试验方法。通常用来：1、确定锅炉燃烧系统配风均匀程度：如旋流燃烧系统的大风箱配风均匀性，四角燃烧器各一、二、三次风系统的配风均匀性，各风门挡板的风量特性等。2、确定燃烧系统及燃烧器的阻力特性。3、确定燃烧器的流体动力特性：探索新型燃烧器的流动规律，一、二次风的混合情况，旋流式燃烧器回流区大小及回流量变化情况，四角喷燃器的切圆大小等。4、确定三次风的作用、布置位置、角度和所需风速等。5、确定影响炉膛充满度的影响因素。6、探讨炉内结渣、腐蚀的空气动力原因。7、试验降低炉膛出口烟气速度和温度扭转残余的各种措施。8、摸索合理的运行方式：如低负荷的运行方法，四角燃烧中缺角运行的影响，停用个别旋流燃烧器的方式。此外，还可应用于探索新的燃烧方式，新的炉膛结构。众所周知，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与粘性力之比值。在等温流动时，它决定了气流运动的阻力特性，通常以欧拉准则Eu来表明压力与惯性力的比值，即：在截面积不变的情况下，阻力系数即为欧拉准则的两倍。所谓气流运动状态进入自模化区，就是指当Re大于某一个定值后，Eu值不再与Re数有关而保持为一个定值，即此时惯性力是决定因素，而粘性力的影响可以忽略不计，因此气流质点的运动轨迹主要受惯性力的支配不再受Re的影响。利用进入自模化区进行试验的好处是明显的：1)通常大型锅炉Re值很高，如果缩小几十倍的模型Re准则与实物数值相等，势必要求模型中实物大十倍以上，这是不容易实现的。利用进入自模化区的特点，可以在较低的Re数值下试验而能得到相同的结果。2)在锅炉进行冷态流体动力场试验时，达到热态运行Re值的冷态炉内风速很低，测量比较困难，此时可利用自模化区的特点，用较低的Re值进行试验来解决。2.2原型描述 电厂锅炉运行时，炉膛内的气流流动属于粘性流体不等温的稳定受迫流动12，工作时炉内的温度在1001600范围内变化14。根据流体流动过程遵循的连续方程、运动方程及导热方程可导出如下相似准则： 动力时均性准则： 热力时均性准则： 欧拉准则： 雷诺准则： 贝克列准则： 式中、分别代表速度、时间、定性尺寸、重力加速度、压强、密度、动力粘度、导温系数。现有实验室处于常温常压态下，相比于锅炉工作环境，是一座冷态实验台。而冷态状态下的空气动力工况与热态烟气动力工况有较大的差别，前者为常温的等温稳定强迫流动，而后者为高温的不等温稳定强迫流动。为了保证冷态空气动力场的测试结果尽可能的接近热态烟气流场的实际工况，要运用冷态模化原理。2.3 模化条件根据相似第二定理11，模型与实物要保证流动相似，使得模型中出现的现象相似于实物中的现象，他们之间应遵循的如下的相似条件：(1) 二流动都属于同一类流动，都为相同的微分方程组所描述。炉膛内的气流流动属于粘性流体不等温的稳定受迫流动，要使模型流场的流动情况与之完全一样，严格的讲只有当模型与实物采用同一介质才能实现。当介质不同时，如以空气代替烟气，完整方程组中，物理特性与温度函数关系就不相同，但在温差不大的情况下，尚不致于产生明显偏差。另外，在温差不大时，可压缩流体可按不可压缩流体处理。因此，对于一般热力设备，只要模型与实物的介质都是粘性流体，这一条件也就得到了保证。而烟气和空气的流动属于粘性流动11。(2) 单值条件相同或相似，包括：a. 几何相似。对于在锅炉或其模型上的冷态试验，几何相似很容易满足；b. 边界条件相似。由于粘性流体具有“稳定性”，故由几何相似就可使介质进入及引出模型的流速分布与实物相似而得到保证；c. 物理参数相似。锅炉燃烧过程的温度变化为1001600，由于等温过程进行模化难以办到，只能在分析试验结果时考虑不等温状态的影响；d.起始条件相似。由于流体流动属于稳定流动，故不存在此问题。(3) 由单值条件中的物理量所组成的相似准则数相等。为使试验研究工况与实际情况相似，必须保持前述5个相似准则数相等。对工程有实际意义的是稳定状态下的流动，于是考虑时间因素的均时性准则Ho将不存在。准则Fr表示重力因素，在自由运动场合下，对流动状态起决定性作用，但在一般受迫运动条件下，自由运动的因素不大，微分方程式中的重力一项可以忽略不计，则准则Fr可以不予考虑。准则Pe可改为Pr=Pe/Re=const，称为柏朗特准则，它只包含流体的物理参数，用以说明流体的物理性质。对于气体来说，当原子数目相等时，其值几乎不变，很少受温度的影响。用冷空气模拟不等温的热烟气，准则Pr将自行相等。因空气主要由双原子气体组成，而烟气的大部分成分也是双原子气体，尽管有一部分为三原子气体，但三原子气体的Pr数与双原子气体的相差不大11。因此粘性不可压缩流体的稳定不等温受迫运动完整方程组的解，可写成如下形式的准则方程式：Eu = f (Re)当粘性流体在Re大于第二临界值时，其对流体的紊乱程度及流速分布的影响非常微弱，流动状态与流速分布不再发生变化，并彼此相似，这一特性就是粘性流体的“自模化性”。 利用进入自模化区进行实验是很有必要的：(1) 通常大型锅炉Re值很高，如果缩小了几十倍的模型Re准则与实物数值相等，势必要求模型中流速比实物大十倍以上。这是不容易实现的。但在自模化区，模型的Re数值可以比原型低很多，而且可满足要求。(2) 在锅炉进行冷态流体动力试验时，达到热态运行Re值的冷态炉内风速低，测量比较困难。此时也可利用自模化区的特点。(3) 当实际的Re处于自模化区时，模型的Re值可不必与实际值相等，只要与实际Re处于同一自模化区就可满足相似性。冷态动力场模化试验正是利用粘性流体的“自模化性”来保证实际与模化试验的Eu 数值相等以简化模化条件来实现相似试验。另外，冷态实验按等温模化只能做近似相似。因为热态炉膛空间内实际上存在着不可忽视的温度梯度，各点气流的密度和粘度有相当的差异，这是冷态实验不可能模拟的，从而冷态炉膛速度分布必然较热态真实情况有一定畸变。考虑到实验条件和研究问题的需要，本文结果分析时忽略此点。综上所述，在冷态炉内空气动力场模化实验中，一般采用近似模拟的方法。模化准则可概括成三条：a. 模型与原型几何相似；b.进入自模化区；c. 模型与原型动量比相等。3.实验系统3.1原型燃烧器简介XX电厂采用武汉锅炉厂生产的24台双通道带有煤粉浓缩装置的轴向旋流燃烧器，燃烧器布置成水平4排，每排6台，每台相邻燃烧器旋向相反。与燃烧器支持框架为一体的独立风箱向每一排6个双通道带有煤粉浓缩装置的轴向旋流燃烧器提供内外二次风，一台磨煤机供应每一排的6个燃烧器，使给入热量沿整个炉膛宽度均匀分布，以保持最小的温度变化。图3-1轴向旋流燃烧器24个旋流燃烧器中，其中12个为顺时针旋向（即一次风、内外二次风及中心风均为顺时针旋向），另外12个为逆时针旋向。从中心风进入位置看只有3个从燃烧器右侧接口进入，其余21个均从燃烧器左侧接口进入。每只燃烧器在中心风管内设置油枪及高能点火器各一只，油枪为机械雾化，每只油枪铭牌出力900kg/h（另配备一只出力为350kg/h的雾化片）。当油枪停用时可以退出500mm。安装油枪时需使油枪所配备中心旋流风叶片的旋向与内外二次风旋向相同。采用分级送风技术，煤粉燃烧所需的空气，分别从内二次风道、外二次风道和中心风管进入，使二次风在煤粉燃烧过程分级逐步送入煤粉气流。内二次风量较小，可确保煤粉初期的燃烧反应在偏离化学当量的状态下进行，燃烧区域氧量相对不足，消减了火焰温度峰值，同时使已形成的氮氧化物还原成氮气，从而有效抑制氮氧化物的生成。大部分空气从外二次风道送入，量大风速高，极大提高外二次风与煤粉气流的动压比，气流后期湍流混和强烈，使焦炭燃烧后期所需氧气及时输送到煤粉颗粒表面，促进剩余焦炭燃尽，降低飞灰中可燃物含量，提高燃烧效率。少量空气从中心管送入，为煤粉燃烧根部提供必要氧量，有利于煤粉稳定着火，中心风速较低，可保证高温烟气回流区稳定，燃烧器停运时中心风起到冷却燃烧器的作用。燃烧器内、外二次风道内均装有轴向可动旋流叶片，旋转角度为540，使二次风形成旋流气流，两股风的旋流强度通过轴向叶轮的拉杆进行调节，机构简单可靠。通过调节内外二次风的旋流强度能有效的改变燃烧器出口回流区的大小、位置以及各股风之间的混合，使燃烧器有较强的煤种适应能力。旋流叶片均为耐热不锈钢板压制成形。燃烧器一次风管由切向蜗壳引入煤粉分配器，煤粉由叶片旋转导向，使煤粉气流在一次风道内旋转，为改善煤粉气流通过煤粉管道所造成的煤粉气流浓度周向分布不均匀的现象。在煤粉分配器出口装有纵向均流槽。使得煤粉气流通过煤粉管道沿径向也均匀分布。煤粉旋转导向叶片和纵向均流槽均为耐磨铸钢制成。燃烧器又采用煤粉浓淡燃烧技术，在煤粉喷口出口，装设4个带有半圆形状的煤粉浓缩器。利用煤粉气流旋转的惯性，使得煤粉在4个煤粉浓缩器附近密集，形成煤粉浓相区，从而沿圆周上形成四股浓淡煤粉，实现沿圆周分布的浓淡燃烧，特别有利于煤粉的稳燃和抑制氮氧化物的生成。燃烧器一次风出口处设有火焰稳燃器。它由稳燃齿和稳燃环两部分组成。稳燃齿可对煤粉的分布进行合理的调整，当煤粉气流绕流过稳燃齿时，在其圆周形成小涡流圈，附在高温回流区的根部，在小涡流区内，煤粉极易着火，并将热量传给未着火的煤粉，强化煤粉的着火。同时，大量煤粉颗粒流过稳燃齿时，其运动轨道将向中心偏转，射入高温烟气回流区，形成较高的煤粉浓度，回流区内的湍流度也较高。这种高温度、高浓度、高湍流同时存在，形成了局部的煤粉着火有利条件，煤粉气流可在此区域内被迅速加热，实现及时着火和稳定燃烧。在稳燃齿外装有稳燃环。其作用可避免内二次风过早与煤粉混合，有利于煤粉着火稳定。表3-1石嘴山燃烧器数据表名称330MW设计煤330MW校核煤风率 风速 风温风率风速风温一次风19.1327518.130.375内二次风12.124.532112.324.7321外二次风55.258.532155.959321漏风44煤质Qydw5032kcal/kg Vr31.1%Ay29.78%Wy4.98%Qydw5844kcal/kg ；Vr35.02%；Ay21.3%；Wy4.42%制粉系统四台中速磨ZGM113N 一台备用最大出力59.1t/h风煤比1.71kg/kg最大出力64.89t/h风煤比1.87kg/kg3.2冷态实验台本实验台以XX电厂330MW机组锅炉旋流燃烧器一次风管作为原型，按1：6比例设计并加工制造。实验台系统布置如图3-4所示。模型总长1133mm，测试段两侧和顶部由普通玻璃制成，其余部分均由铁板制成，测点置在模型前置段及一次风出口处。燃烧器出口区域沿着径向均匀分布测点，燃烧器测试段区域分布2排测量孔。每排测量孔布置8个，每个测孔测量46点。整个装置采用微负压系统，一次风由鼓风机进入炉膛，流经管道、测试段、前置段，经过布袋除尘器过滤后乏气排入大气。鼓风机选型为4-919型，配3KW电机。1-突扩段；2-等速取样枪；3-热膜风速仪；4-前置段；5-振动给料机；6-中心风流量计；7-一次风流量计；8-外二次风流量计；9-内二次风流量计；10-送风机；11-内二次风调节门；12-外二次风调节门；13-中心风调节门；14-一次风调节门；15-总风门；16-旁路门；17-除尘器入口门；18-除尘器下料门；19-布袋除尘器；20-给料斗；21-引风机图3-2冷态实验台系统布置示意图3.3热线（膜）风速仪介绍及标定一、热线风速仪的概述25热线风速仪是常用的热电式测速装置，被广泛应用来进行气流速度的测量。与毕托管、均速管、三孔探针、五孔探针等气力式测速装置相比，具有以下优点：1、灵敏度高，能够进行低速气流的测量。2、频率响应好，可以利用来测量各种紊流参数。3、感应元件体积小，对被测气流干扰小。4、以电量为输出信号，可以在远离研究对象处进行自动记录及计算机数据处理。热线风速仪是利用被加热探头在不同风速下温度或电阻等参数的变化规律来进行测量的。通常，热线风速仪用于实验室测量速度和气流紊流参数。二、基本原理24热线风速仪是一根很细的金属丝，通电后会产生一定的热量。通电的热线在流场中受到气流的冲刷会产生热损失，此热损失直接受气流流速的影响27。设流过热线的电流为I，热线电阻为R，热线产生的热量为Q1，则 热线探头在流场中的散热以对流为主，略去辐射散热后，热线散热Q2式中：热线温度； 气流温度；对流换热系数；热膜散热面积当时，有电阻是热线温度的函数。在固定探头与流体条件下，与气流速度有关，当气流温度不变时，气流速度只与电流及热线温度有关，即 根据这一关系式，即可以按恒电流或恒温两种方法之一测量气流平均速度。本实验室用热线风速仪采用恒温工作方式，在此工作方式下，保持tw为常数，v=f(I)。可以根据电流I测得速度v。热线输出信号的强弱与气流方向有关，当热线的轴线与气流速度方向垂直时，气流对热线的冷却能力达到最大，热线输出信号最强。如果热线轴线与气流速度方向的交角逐渐减小，输出信号也逐渐减弱。根据此现象，原则上可以确定气流速度的方向。三、热线探头与工作线路热线探头有热线和热膜两种。热线通常用铂丝或钨丝，直径可以细到3m，典型直径为3.85m，长度约12mm。为了减小气流绕流支杆带来的干扰，热线两端镀有合金，起敏感元件作用的只有中间部分。热膜是用铂或铬制成的金属薄膜，用熔焊的方法将其固定在楔形或圆柱形石英骨架上。热线的体积比热膜小，响应频率高，但机械强度低，不适用于液体或带颗粒的气流中工作。而热膜的机械强度相对较高。热线探头还可以分为一元、二元和三元探头。一元探头用来测量一元气流速度；二元探头用来测量平面气流速度；三元探头用来测量空间气流速度。本实验台用一元s型探针和二元x型探针。恒温式热膜风速仪工作原理（如图3-5）。1-热线探头 2-伺服放大器 3-电桥电压表图3-3恒温式热膜风速仪工作原理图四、数据采集本实验台采用了美国TSI公司生产的IFA 300恒温式热膜风速仪系统（IFA 300 Constant Temperature Anemometer System）。实验系统如图3-6。该系统主要部分采用易安装的通道模块，将信号调节器和风速仪电桥电路安装在一块电路板上，在一台风速仪机箱内可同时插入8块通道电路板。系统利用自动电桥优化技术，对每个通道的线路进行自动调节和优化，减少机器启动后调整电路参数的时间。系统配有内置式的热电偶测温电路，可自动测量被测流体的温度以便对速度的测量结果进行实时修正。IFA300型热线风速仪的速度采集和处理过程完全由计算机进行实时控制，过热率的调节和信号调节器的设置可以在界面上进行，高速采集的模量电信号由WIN-10X/30X A/D转换板转变为数字信号输入计算机，数据的采集和处理可由THERMAL PRO 软件完成。五、热线探头的标定24 由于热线探头在制造特性上的差异及使用过程中环境及材质的变化，正式使用前每个探头都必须严格校准其桥顶电压与冷却速度的关系。本实验台所用的校准仪器有AC1型气体探针校准器、C51A/33B型空气压缩机和斜管微压计23。校准器由北京大学力学系制造，速度测量范围为0.01m/s150m/s，自由流的速度精度3m/s以上2% ， 0.15m/s到 3m/s为3%，0.15m/s以下为10%。空压机使用压力为0.8MP。图3-4 热膜风速仪测量系统图下面以型号1240-20、编号993065的x型二维探针为使用探针进行标定。（1）具体标订步骤为：1.在程序中打开IFA300，进入IFA300界面。2,点击IFA300下的configure,弹出IFA CONFIGURATION 界面。3.在Data acq brd 选项框处 win300;将右侧 CAL 出的 BLACK SIZE 选项框选择 4K，SAMPLE RATE 选择2000，LOWPASS 选择1000。4.点击 SAVE 保存设置。5.点击IFA300 下的MONITOR 进行A/D 板的输入检测，将短路帽放到转换器板上的通道1到通道8的任意一个，相应的通道检测数据归0。6.COMMUNICATION 选项不做改动。7.将二维探针装到支杆上，将数据线连接到风速仪的通道1和通道2上，检测风速仪前面指示灯是否变绿，当线路连接正常如变绿说明探针正常，未损坏。点击IF300 下的Calibration 下的 PROBE DATA 选项框，弹出CalibrationPROBE DATA 界面。8.根据探针的类型在PROBE TYRE 选项框中选择相应的符号，本实验为二维探针选X。9.测量电缆电阻cbl，将短路帽通过三通连接到通道1和通道2的导线上，分别点击READ后，弹出测量IFA通道1电阻和通道2电阻。点击CABLE下的MEASURE，读取电缆阻值并点击SAVE保存。点击PROBE下的MEASURE，读取探针阻值。10.将探针盒上探针操作阻值输入到OPR RES选项框中。注意必须与盒上数值一致。11.OFF SET 选项框数值设为1.8，GAIN 设为4或5。12.TEMP CHAN 选项框选择A。A为通过热电偶测量温度；B为如果你的系统较大你想连接两个 IFA300 单元，你可选择B。13.根据探针形式在WIRE FILM 选项框选择热膜W。14.选用手工的形式进行校核点的选取。15桥电压选择STD；电缆选择5M或30M，根据使用的电缆选择，注意只有这两种长度；温度选择50C。16.Slant angle 选项处均为45度；angle setup 选项处 YAW 选择11，YAW VELS 选择1；ANGLE CRE 选择6；下面选项选择YAW，PITCH，VELS选项。17.点击SAVE AS，以探针序列号命名。18.点击CALIBRATE，进入CALIBRATION-CONDITIONS SETUP 界面，在该界面使用测压计测量大气压，输入大批ATM Press处；通过温度计测量当地温度；操作温度为250度；根据实验要求输入最小和最大速度；校何方式选择3；要求校何测量点为7点，下一点为1点。开始速度为0，事先根据AC-1型气体探针校准器使用说明书中图1作出17个点的速度与压差的表格。点击Acquire，进入读取阶段，随后发现下一点为2，通过电子压力计读取压力值使其满足第二个速度对应的压差，在实际速度选项处输入第二点对应的速度值。依次类推直到作完17个点，系统会提示你做角度标定。19.角度标定为11点，第一点为75度，下一点减少6度。依次类推，设定一个速度，点击Acquire，进入读取阶段，随后发现下一点为2，重复以上操作，直到角度标定结束，点击NEXT SCREEN 进入CALIBRATION-DATA TABLE 界面。20.点击CURVES，弹出曲线，线上兰色为误差点。标定结果如下图所示：图3-5 二维热线探头标定结果图（2）测量采集数据的步骤：1打开IFA300，点击数据采集项（acquisition），弹出acquisition-probe table界面。2点击增加探针（add-probe），选择刚才标定好的探针。点击重新命名选项（RENAME）。重新以探针的序列号命名。3点击下一屏幕（next screen），进入condition setup界面。4大气压根据气压计读取。速度单位为M/S；温度单位为度。5可以添加注释和说明在comment选项框。6位置position选项框为实验时使用位置，有X，Y，Z三个方向。7TRIG选项框选择内部单独项（internal single）。8点击测试（TEST）显示输出电压和桥电压。9点击采集控制选项框（acpuisition control），选择图形输出（graphics）或只写输出（write only）。10Low pass选项框选择auto；在sample rate下选项根据实验要求选择数据，一般大小选择4，时间为4096。11点击 下一屏幕（next screen），进入realtime display screen界面。Zoom项可以放大或缩小图线，Vecter中U为一维，V为二维，W为三维，Th为角度，T为温度，UT为湍动度；CRS可以移动线条，DT为两条线的时间差，它的倒数为频率。12点击TRIGGER，显示图线，点击configure graph，弹出configure graph界面，可以做相应的设置。下面进行后期处理数据工作。（3）数据后期分析处理1点击后处理选项下的速度分析选项，analysis-welocity界面。2在产生的文件选项中TEXT项为文本文件；VELOCITY为速度项；BRIDGE为桥电压。3选择左边的文件（可以多选），点击Veiw Statistics选项；显示Velocity Analysis-STAISTICS界面。点击下一个文件显示第二点。4点击后处理选项下的谱/相关分析选项，弹出谱/相关分析截面。点击谱分析按纽或相关按纽进入相应的界面。4.系统设计计算由第二章相似准则的描述知，为了使试验模拟燃烧器原型在100MCR负荷下出口真实情况，必须先对试验参数进行控制。因此必先根据原型真实工况的单值及边界条件与模型的相似，即原型与模型出口的各股风动量比相等，确定模型在该工况下模化之后的一次风内外二次风和中心风的风速。这样就可以实现该参数的控制。具体的模化计算如下。4.1模化计算锅炉冷态模化实验就是在冷态模型或真实炉膛中用冷态气流模拟真实炉膛烟气流动，通过测量冷态气流各点的速度或设法显示气流分布情况，从而分析锅炉炉内热态气流动力场的一种试验方法。由于在热态炉膛中，存在着煤粉着火燃烧，气流受热膨胀等一系列复杂的物理化学变化过程。因此，锅炉冷热态动力场相似模拟是一个比较复杂的问题。根据相似原理，锅炉冷态模化实验通常满足以下4个条件11：a)模型与原型几何相似；b)冷模气流运动进入第二自模化区；c)模型与原型各燃烧器喷口动量比相等；d)模型与原型燃烧器出口气流速度与炉膛中平均烟气速度之比相等亦即模型与原型的斯特劳哈数相等。式中 燃烧器出口气流速度； 煤粉颗粒在炉膛中的停留时间； 炉膛中气流平均速度； 炉膛高度； 炉膛横截面边长实验台模型是以XX电厂机组旋流燃烧器为原型然后缩小6倍而成。根据石嘴山电厂提供的一些资料，和模型与实物几何相似原理，将B-MCR工况下原型和模型结构数据列于表41。表4-1 原型和模型结构数据名称单位原型模型一次风中煤粉质量密度kg/kg0.369燃烧器出口直径dm1.0790.1798燃烧器出口面积Am20.914392740.0253904一次风轴向风速w1m/s34.3一次风温t17520一次风喷口截面积A1m20.175990680.00488863一次风密度1kg/m31.0188291.205内二次风轴向风速w2m/s26.2内二次风温t232120内二次风喷口截面积A2m20.217734840.00604819内二次风密度kg/m30.596891.205外二次风轴向风速w3m/s62.7外二次风温t332120外二次风喷口截面积A3m20.359876880.00999658外二次风密度3kg/m30.596891.205中心风轴向风速w0m/s25.3中心风温t032120中心风喷口截面积A0m20.053011440.00147254中心风密度kg/m30.596891.205 （说明：角标O、M分别代表实际燃烧器和模型，角标0、1、2、3分别代表中心、一、内二、外二次风）由模型与原型的欧拉准则数相等，则由式得模化后燃烧器内二次风轴向风速 (其中取)。根据动量比相等,分别由式和得到冷模一次风轴向风速、外二次风轴向风速、中心风轴向风速.：则相应的各种模化风量如下：总模化风量为：为保证模型与原型之间的流动相似，除了要使得欧拉准则数Eu相等外，还需模化试验在自模化区进行。即模型的值可不必与实际值相等,只要大于第二临界值与实际处于同一自模化区就可满足。计算进入自模区时燃烧器模型出口横截面的平均流速w此时当量直径d为0.1798m，值选取1.8105 ，取15.010-6则： 知进入自模化区所需最小送风量为:显然，表明模型进入了自模化区表4-2为根据风速计算得燃烧器出口雷诺数。表4-2实验台一次风、内外二次风、中心风的雷诺数d ,m流速 m/sRe104一次风0.0393579903内二次风0.029184345外二次风0.0417440111.87中心风0.06031775692显然，表明模型进入了自模化区。燃烧器原型实际的动量如下：实际一次风动量：实际内二次风动量：实际外二次风动量：实际中心风动量：原型一次、内二次、外二次、中心风动量比：13.49