分類號：TK223.23 文獻標識碼：A
文章編號：1001－2060（2000）02－0116-03
The Effect of an Reverse Tangential Air Distribution on the Flow Field Characteristics in a Large-sized Boiler Furnace
Zhou Qulan Dou Wenyu Zhou Yuegui, et al
（Xi'an Jiaotong University）
Abstract：The in-furnace flow-field characteristics of a large-sized boiler were studied by way of experimental measurements and numerical simulation. The results of the experimental measurements fully agree with those of numerical simulation. In addition, in both cases the same conclusions have been reached. They are: 1. There exists at the furnace outlet of a large-sized boiler a speed excursion caused by a residual rotation; 2. There is a wall attachment tendency in the actual tangential circle at the burner zone of the large-sized boiler; and 3. The reverse tangential air-distribution mode can effectively reduce the level of rotating momentum flow rate moment in the furnace, and markedly weaken the residual rotation at the furnace outlet.
Key words：boiler, secondary-air reverse-tangential circle, model test, numerical simulation▲
1 引言
四角布置切向燃燒是我國火電廠鍋爐的主要燃燒方式。運行實踐證明，鍋爐水平煙道沿寬度方向上存在較大的煙溫偏差，從而引發頻繁爆管事故，並且，隨鍋爐容量的增加，煙溫偏差有增大的趨勢，嚴重影響了鍋爐運行的安全和經濟性。因此，如何改善水平煙道內的煙氣分佈是急需解決的課題。
目前，學術界對此問題較一致的看法是由於爐膛出口處存在殘餘旋轉而造成煙氣流速沿流通截面分佈不均勻，即煙速偏差［1］。所以，如何削弱爐膛出口的殘餘旋轉成為問題的關鍵。燃燒器部分二次風反切正是通過反切氣流與主體正旋氣流間劇烈的動量、質量交換，使得主體氣流旋轉強度降低，爐膛出口殘餘旋轉減弱，從而改善了水平煙道中左右側速度分佈的均勻性。因此，掌握爐膛內的流場結構隨配風狀況的變化規律，尋求合理的反切動量流率矩就成為本文的研究任務。本文從實驗測量和數值模擬兩條途徑對爐內的流場進行了詳細的分析。
2 試驗系統及試驗內容
本文以國產600 MW機組四角布置切向燃燒鍋爐為原型進行了爐膛空氣動力場冷態等溫模擬試驗，採用純幾何相似的模化方法。為此建立了1∶25的模型試驗台，試驗系統與測點布置見圖1。氣流速度採用恆溫熱線風速儀測量。
試驗系統與測點布置
在進行工況設計時，根據文獻［2］引入反切與正切射流的旋轉動量流率矩之比XJ這個無量綱準則數來作為爐內燃燒空氣動力工況的基本判據，其定義如下：
XJ=Σ（ρQWR）反切／Σ(ρQWR)正切
其中：ρ為燃燒器噴口射流密度(kg／m3)；Q為燃燒器噴口射流體積流量(m3／s)；W為燃燒器噴口射流速度(m／s)；R為燃燒器噴口射流形成的假想切圓半徑(m)。工況設計及相應的XJ見表1。
表1 試驗工況設計工況工況1工況2工況3工況4工況5反切層數
及角度無反切1＃2＃
(20°)1＃2＃
3＃(20°)1＃2＃3＃(20°)
5＃(15°)1＃2＃3＃(20°)
5＃7＃9＃(15°)XJ00.410.71.122.69
主要的測量對象是爐內的速度場，並由速度場推算出爐內表徵旋轉的物理量——爐內氣流旋轉動量流率矩(ρQW)R沿爐膛高度H的分佈，計算式為：
式中：ρ為氣體密度(kg／m3)；V1為爐寬方向各測點切向速度(m／s)；n為爐寬方向測點數；V2為爐深方向各測點切向速度(m／s)；m為爐深方向測點數；ΔS為相鄰測點距離(m)；ΔH為單位高度(m)；Li為爐寬方向各測點到爐膛中心的距離(m)；Lj為爐深方向各測點到爐膛中心的距離(m)。
3 數值模擬的控制方程與定解條件
數值模擬程序對爐內湍流流場採用工程上最常用的K－ε模型，其控制方程的通用形式如下：
其中，為通用變數，Γ為擴散係數，S為源項。採用SIMPLE演算法求解。
程序
