四角切圆锅炉截屏改造的冷模实验及数值研究

摘要

四角切圆锅炉是我国电站普遍采用的燃煤锅炉,而它存在的烟气偏差问题是影响电厂锅炉安全性和经济性的重要原因。某电厂煤粉锅炉长期存在再热汽欠温、过热器减温水过量、水平烟道入口左右侧汽温偏差大的问题,通过对过热器分隔屏受热面截短2m改造后,取得了满意的效果。分隔屏截短后对切圆锅炉旋转气流的切割作用有所减弱,为了掌握截屏后炉内流动及燃烧变化情况,炉膛出口截面会否出现烟气走廊,本文以该电厂锅炉为研究对象,从数值模拟和冷态实验入手,进行了分隔屏截短后的炉内流场分析。
　　 本文对锅炉模型进行冷态试验,采用五孔探针对炉膛出口截面不同测点速度进行了测量。对比了分隔屏在4种不同结构下,炉膛出口处气流切向速度变化,通过最大流速偏差系数MVD和速度偏差比E两个指标,对速度场进行了分析。结果表明:随着分隔屏长度的截短,炉膛出口下部区域左右侧烟气偏差没有恶化,反而有所缓和,出口截面右下侧局部速度变化不大,不会出现烟气走廊。
　　 在冷态模化实验的基础上,进行了冷态数值模拟,采用标准κ-ε湍流模型、SIMPLE算法、QUICK格式模拟了炉膛内部空气动力场。详细分析了4个分隔屏结构下燃烧器OFA喷口截面、屏区、炉膛出口截面速度变化,炉膛出口截面及局部体积流量变化,冷态数值模拟结果表明:随着分隔屏长度的截短,炉膛出口处没有出现局部气流速度过大区域,没有产生烟气走廊,与实验结果基本吻合。
　　 为了掌握热态情况下炉内的流场结构,本文对实际锅炉分隔屏改造前后的不同结构进行了数值模拟。采用两相流动模型、非预混燃烧模型及DO辐射模型,得到了分隔屏在原结构及分别截短1m、2m、3m的不同工况下,炉内烟气速度、烟气温度、氧气浓度等的分布。对各结构的模拟结果综合分析表明,分隔屏截短后水平烟道入口处左右侧烟气温度偏差并未加剧;后水平烟道入口右下侧没有出现烟气走廊;水平烟道入口截面平均氧气浓度降低,说明可燃物燃尽过程提前。热态模拟结果与锅炉实际运行结果基本一致。