锅炉冷态空气动力场试验

1、“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炉内模化及自模化区的确定一、流动过程近似模化一、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

2、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。

3、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。wDRe(Re)/2fwPEu图-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

4、）； 所谓进入自模化区所谓进入自模化区，就是当，就是当Re大于某一定大于某一定值后，值后， Eu不再不再Re有关而保持一定值，即惯性力有关而保持一定值，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此流体质点的运动轨道主要受惯性力的支配而不再受再受Re值影响。利用进入自模化区的特点进行试值影响。利用进入自模化区的特点进行试验有明显好处。验有明显好处。（1）只要模型中的）只要模型中的Re数处于自模化区内就可以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，这实现模型不与原型相等而保证流动状态相似

5、，这样就给模型试验带来很大方便，不必用原型很高样就给模型试验带来很大方便，不必用原型很高的的Re值进行模化试验（锅炉容量越大，值进行模化试验（锅炉容量越大，Re值越值越大）；大）；（2）使局部模化易于实现；）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）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那么锅炉冷态试验中进入自模化区的最低Re值为多少呢？值为多少呢？ 此值与炉子结构布置有关，从国内外各炉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试验资料来看炉内自模化区临界雷诺数Re均

6、小均小于于105 （如下表），当设计锅炉冷模时，在缺（如下表），当设计锅炉冷模时，在缺乏试验数据情况下，可选用乏试验数据情况下，可选用Re临临=105，即认为，即认为Re=105 时进入自模化区。时进入自模化区。炉子型式炉子型式进入自模化区的临界进入自模化区的临界Relj数值数值1旋风炉旋风炉（3.14.1）10104 42U型炉膛型炉膛4.5 10104 43四角布置燃烧器四角布置燃烧器一次风一次风1.48 10104 4周界风周界风4.8 10104 4二次风二次风7.5 10104 44单层四角布置燃烧器炉膛单层四角布置燃烧器炉膛（26）10104 45多层四角布置燃烧器炉膛多层四角布置

7、燃烧器炉膛7.5 10104 46前墙布置旋流燃烧器炉膛前墙布置旋流燃烧器炉膛4.4 10104 47旋流燃烧器旋流燃烧器蜗壳式蜗壳式0.9 10105 5叶片式叶片式1.8 10105 51-2 炉内冷态模化原理炉内冷态模化原理一、冷态模化原理一、冷态模化原理1、冷态模化的概念、冷态模化的概念 冷态模化是指采用冷模或冷炉试验方法模拟没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

8、内气流的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。运动工况。2、冷态模化原则、冷态模化原则 模型与实物需几何相似；模型与实物需几何相似； 保持气流运动状态进入自模化区；保持气流运动状态进入自模化区； 边界条件相似。边界条件相似。3、边界条件相似、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量，因此保持模型和实物之间的动量比相等是十分必要的。分必要的。 若以角标若以角标O，M分别表示实物和模型；角标分别表示实物和模型；角标1、2、3分别代表一、二、三次风；分别代表一、二、三次风；f、w w、 、

9、m分分别代表喷口面积、平均速度、密度及质量流量，别代表喷口面积、平均速度、密度及质量流量，例如例如mp即为煤粉的喷出质量流量，则模型和实物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：一、二次风动量比可写成：第二部分煤粉炉冷态空气动力场试验第二部分煤粉炉冷态空气动力场试验2-1概述概述空气动力场空气动力场 炉膛空间气流运动方向和速度的分布炉膛空间气流运动方向和速度的分布试验对象：试验对象：新安装投运炉；大修后的锅炉新安装投运炉；大修后的锅炉主要目的：直观检查炉内气流的分布、扩散、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。扰动、混合情况，判断气流

10、工况是否良好。注：炉膛运行的可靠性和经济性，在很大程度注：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、烟的流上取决于空气动力工况（即风、粉、烟的流动情况）动情况） 切圆燃烧方式切圆燃烧方式工况良好的主要表现：工况良好的主要表现： 火焰中心适中，无冲刷贴墙现象；火焰中心适中，无冲刷贴墙现象； 风粉分布均匀，扩散混合良好；风粉分布均匀，扩散混合良好； 烟气对煤粉加热良好，有利于着火稳定烟气对煤粉加热良好，有利于着火稳定 火焰充满好，无死滞旋涡区。火焰充满好，无死滞旋涡区。基本原则基本原则 使冷态试验结果与热态气流工况尽量接近。使冷态试验结果与热态气流工况尽量接近。需满足的条

11、件：需满足的条件：几何相似几何相似试验设备与实际设备的结构相同，试验设备与实际设备的结构相同，尺寸成比例；尺寸成比例；一般电厂均在实际锅炉上进行试验，自然满足几一般电厂均在实际锅炉上进行试验，自然满足几何相似。何相似。流动相似流动相似试验时的流动状态与热态时相似试验时的流动状态与热态时相似 要求：冷态时的要求：冷态时的Re数数=热态的平均热态的平均Re数数或：冷态或：冷态Re数大于流动自模化区的界限数大于流动自模化区的界限Re数数说明：流动状态主要用说明：流动状态主要用Re数来表征数来表征 Re=wd/(运动粘度运动粘度)=惯性力惯性力/粘性力粘性力 自模化区当自模化区当Re数大于一定值后，流

12、体数大于一定值后，流体惯性力远大于粘性力，流动图形不随惯性力远大于粘性力，流动图形不随Re数数的增加而变化的流动状态。（此时，随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）增加，而速度场图形不再变化） 一般炉膛，界限一般炉膛，界限Re数数104。边界相似（入口条件相似）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。使火嘴的风量分配方式与热态相似。故要求各喷口射流：故要求各喷口射流： 冷、热态动量相等冷、热态动量相等 因冷态时因冷态时1K中无煤粉，为保持动量相等，中无煤粉，为保持动量相等，则

13、则1K风量应适当加大）风量应适当加大） 冷、热态动量比相等冷、热态动量比相等 冷热态的冷热态的Re数相等。数相等。 2-2试验前的准备试验前的准备 技术准备技术准备按设计风速和风温，计算各射流的动量；根据相似原则，确定试验所需风速；计算试验所需风量，调整和控制风量，使其满足计算要求；安装测点安装位置：冷风、热风、再循环风、1K、2K、3K等管道； 检查和校正燃烧器检查和校正燃烧器 结构完好程度、尺寸、标高、安装角度 应符合设计要求 风门档板开度和严密性 实际开度与指示开度应一致； 风压表计的正确性。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（

14、计算风量用的修正系数） 其它其它 通风吹扫12小时，保持受热面清洁； 搭设脚手架，用于观测(尽量不影响气流的流动)； 安装照明、观察、测量、照相或摄像设备。 2-3.观测方法观测方法 飘带法飘带法 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； 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。特点：飘带过长时容易打绞，既影响观察，又会带来指示偏差； 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； 观察记录工作量大，不适宜大尺寸炉膛，仅用于中小容量炉。烟花法烟花法 在各次风管距出口2米左右处，安放烟花示踪剂； 示踪剂在风管中

15、与风混合充满喷口，依靠风的引射进入炉膛； 特点： 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； 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测量法测量法 用测速仪测量各点射流速度和方向用测速仪测量各点射流速度和方向 测速仪：测速仪：喷口出口平面气流喷口出口平面气流 速度探针、皮托管、旋杯式风速仪；速度探针、皮托管、旋杯式风速仪；炉膛空间气流炉膛空间气流 热球风速仪、热线风速仪（可测范围热球风速仪、热线风速仪（可测范围0.0510m/s，可用于测量弱风区），可用于测量弱风区） 磁电高频风速仪（适宜高风速区，如喷磁电高频风速仪（适

16、宜高风速区，如喷口出口处）；口出口处）；测点选择测点选择 沿炉膛截面对称十沿炉膛截面对称十字形布置测点，字形布置测点，测气流各向速度，测气流各向速度，然后按比例画风然后按比例画风速图（玫瑰图），速图（玫瑰图），连接最大切向速连接最大切向速度所在位置，即度所在位置，即得实际切圆直径；得实际切圆直径；测量法可给出较准确的数量分布，但不够测量法可给出较准确的数量分布，但不够直观。直观。 对于直流燃烧器对于直流燃烧器 射流特性射程、速度衰减情况（沿轴射流特性射程、速度衰减情况（沿轴线的速度变化）；线的速度变化）； 射流偏斜情况偏离几何中心情况射流偏斜情况偏离几何中心情况 切圆大小及所在位置；切圆大小及

17、所在位置； 1K与与2K的混合特性；的混合特性； 调节倾角后的影响混合与偏斜情况。调节倾角后的影响混合与偏斜情况。2-4.观测要点观测要点 炉膛气流流动情况炉膛气流流动情况 气流充满程度；气流充满程度； 偏斜和刷墙情况；偏斜和刷墙情况； 速度分布均匀程度；速度分布均匀程度； 气流之间相互干扰情况气流之间相互干扰情况 一次风与二次风之间；一次风与二次风之间； 三次风对一次风和二次风的影响等。三次风对一次风和二次风的影响等。2-5.流化床炉冷态试验流化床炉冷态试验 1.1.试验前的检查与准备试验前的检查与准备 检查：检查： 炉膛、分离器、返料系统、风室、风板炉膛、分离器、返料系统、风室、风板和风帽

18、、返料口、落煤口、放渣管、风和风帽、返料口、落煤口、放渣管、风门档板等，清理干净无杂物；门档板等，清理干净无杂物； 准备：准备： 准备仪表准备仪表 风量表、风压表、差压计、动压测量装风量表、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；置等，仪表齐全，性能完好，安装正确； 流化床锅炉流化床锅炉结构示意结构示意煤煤粒粒返料风返料风石石灰灰石石一次风一次风二次风二次风流化床锅炉流化床锅炉结构图结构图准备底料准备底料 用用炉渣或溢流渣，粒度与运行床料相炉渣或溢流渣，粒度与运行床料相近，保持干燥；近，保持干燥；准备试验材料记录表格、纸笔、仪表准备试验材料记录表格、纸笔、仪表用材（酒精、

19、水或水银）；用材（酒精、水或水银）；进行风门档板检查位置、方向、操作进行风门档板检查位置、方向、操作灵活性和正确性；灵活性和正确性；检查炉墙严密性，消除漏风；检查炉墙严密性，消除漏风；进行风机试转检查转动方向、轴承温进行风机试转检查转动方向、轴承温度和振动、电机电流等。度和振动、电机电流等。2.风量核定试验风量核定试验 任务任务: 核定现场风量表和通风能力核定现场风量表和通风能力,了解引、送风了解引、送风机的风量和风压能否满足燃烧需要；机的风量和风压能否满足燃烧需要；方法方法 在空板（无料层）状态下，启动引、送风在空板（无料层）状态下，启动引、送风机进行通风；机进行通风； 保持炉膛负压为保持炉

20、膛负压为2030Pa，逐步提高风，逐步提高风机转速，观察风室静压、风机电流及风门开机转速，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度指示器的变化，以判断风机的出力是否符合铭牌参数；合铭牌参数；测量并计算实际风量，核对风量表指示测量并计算实际风量，核对风量表指示 指示是否正确，最大风量是否足够指示是否正确，最大风量是否足够3.3.空板阻力特性试验空板阻力特性试验目的：确定一次风量与布风板阻力之间目的：确定一次风量与布风板阻力之间的关系的关系方法方法: 在空板在空板(无料层无料层)状态下，启动引风机和状态下，启动引风机和一次风机，维持炉膛负压为一次风机，维持炉膛负压为2

21、030Pa（或二次风口负压为零，此时风室静压（或二次风口负压为零，此时风室静压即为空板压降）；即为空板压降）； 空板阻力特性试验空板阻力特性试验逐渐升高一次风机转速，测定在不同一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；次风流量下的风室静压；逐渐降低一次风机转速，测定在不同一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；次风流量下的风室静压；取上行（升高）与下行（降低）时的流取上行（升高）与下行（降低）时的流量和风室静压的平均值，绘制空板阻力量和风室静压的平均值，绘制空板阻力特性曲线特性曲线Pk=f(Q)。 空板阻力特性曲线空板阻力特性曲线空板压降特性曲线0100200

22、30040050060005000100001500020000风量（m3/h)空板压降mmH20实测值表盘值4.布风均匀性检查布风均匀性检查 目的：检查布风板的配风是否均匀，流化时有无目的：检查布风板的配风是否均匀，流化时有无死料层死料层方法方法 加入料层约加入料层约500mm，启动引风机和一次风机，启动引风机和一次风机，维持炉膛负压为维持炉膛负压为2030Pa； 逐渐提高一次风机转速，使风量超过临界沸腾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；风量，底料处于良好沸腾状态； 逐渐降低一次风机转速，在一次风机转速低于逐渐降低一次风机转速，在一次风机转速低于10Hz（2

23、0%额定风量）时，停止一次风机和引风额定风量）时，停止一次风机和引风机运行。机运行。 打开炉门，观察静止料层表面的平整度。打开炉门，观察静止料层表面的平整度。 5.料层阻力特性试验料层阻力特性试验 目的：测定一次风量与料层差压的关系，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确定临界流化点（从固定床转变为流化床的转折点）。的转折点）。方法：方法： 在布风板上放上不同厚度（取在布风板上放上不同厚度（取300300、400400、500500毫米）的料层，按空板阻力特性试验的毫米）的料层，按空板阻力特性试验的方法，分别测定不同厚度的料层加空板的方法，分别测定不同厚度的

24、料层加空板的总阻力特性总阻力特性PZ= f (Q)，进而得出不同厚度进而得出不同厚度的料层阻力特性的料层阻力特性PL=f(Q)。 根据料层阻力的变化特性，确定冷态下的根据料层阻力的变化特性，确定冷态下的临界点位置。临界点位置。空板空板+料层总压降特性料层总压降特性520毫米料层+空板总压降特性毫米料层+空板总压降特性024681005000100001500020000风量(m3/h)总压降KPa料层压降特性料层压降特性某厂20吨/时CFB锅炉料层压降特性某厂20吨/时CFB锅炉料层压降特性012345030005000700090001100013000150001600017000一次风量(m3/h)料层压降(KPa)300毫米料层400毫米料层500毫米料层说明：说明： 对宽筛分床料，不存在明显的拐点，可对宽筛分床料，不存在明显的拐点，可用对应流态化与固定床的两条特性曲线用对应流态化与固定床的两条特性曲线的切线的交点作为