采用飄帶示蹤法研究某旋流燃燒器回流特性的試驗(yàn)

黃 輝，徐 龑?zhuān)_俊俊，向 暉

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077；2.湖北方源東力電力科學(xué)研究有限公司，湖北 武漢 430077)

采用飄帶示蹤法研究某旋流燃燒器回流特性的試驗(yàn)

黃 輝1，徐 龑1，羅俊俊2，向 暉2

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077；2.湖北方源東力電力科學(xué)研究有限公司，湖北 武漢 430077)

采用飄帶示蹤法對(duì)某廠(chǎng)新改造的DRB-4Z型旋流燃燒器進(jìn)行冷態(tài)試驗(yàn)，重點(diǎn)研究了旋流燃燒器一、二次風(fēng)配比，滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤(pán)開(kāi)度，內(nèi)二次風(fēng)葉片角度及外二次風(fēng)葉片角度對(duì)旋流燃燒器回流特性的影響。最后給出該類(lèi)型燃燒器各調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)合理的調(diào)節(jié)范圍，可為熱態(tài)調(diào)整提供指導(dǎo)意見(jiàn)。

DRB-4Z型旋流燃燒器；對(duì)沖燃燒；飄帶示蹤法；回流區(qū)

0 引言

湖北某發(fā)電廠(chǎng)640 MW級(jí)機(jī)組采用哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限公司制造的型號(hào)為HG-1970/25.4-YM7，超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用對(duì)沖燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Π型露天布置。2017年3月該機(jī)組進(jìn)行超低排放改造，配置了B&W公司最新研制的Airejet和DRB-4Z型超低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器及OFA噴口，并增設(shè)貼壁風(fēng)噴口。

1 旋流燃燒器特性

為研究旋流燃燒器高溫?zé)煔饩砦匦?，冷態(tài)條件下采用飄帶示蹤法觀測(cè)旋流燃燒器回流區(qū)。研究對(duì)象為DRB-4Z型旋流燃燒器[1]，位于前墻下層第4個(gè)燃燒器（C4旋流燃燒器）。該燃燒器外部可調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)特性如下：

（1）滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤(pán)用于調(diào)節(jié)燃燒器二次風(fēng)總量，可調(diào)范圍為0～250 mm（開(kāi)度越大，總風(fēng)量越大）。

（2）內(nèi)二次風(fēng)風(fēng)量占比較小，其作用為引燃煤粉，其葉片角度調(diào)節(jié)器可調(diào)范圍為15°～55°（葉片與燃燒器中心線(xiàn)夾角余角，角度越小，旋流強(qiáng)度越大）。

（3）外二次風(fēng)風(fēng)量占比較大，其作用為提供煤粉充分燃燒所需空氣，其葉片調(diào)節(jié)器可調(diào)范圍為40°～80°（葉片與燃燒器中心線(xiàn)夾角余角，角度越小，旋流強(qiáng)度越大）。

（4）過(guò)渡風(fēng)風(fēng)量占比最小，控制燃料與二次風(fēng)混合時(shí)間，可控制NOx生成，其風(fēng)量調(diào)節(jié)器可調(diào)范圍為0～150 mm（開(kāi)度越大，風(fēng)量越大）。

該類(lèi)型旋流燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 DRB-4Z型旋流燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of DRB-4Z type swirl burner

2 研究過(guò)程及結(jié)果

2.1 試驗(yàn)工況安排

因過(guò)渡風(fēng)風(fēng)量占比最小，其風(fēng)量調(diào)節(jié)器采用廠(chǎng)家推薦開(kāi)度。研究方向包括一、二次風(fēng)配比影響，滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤(pán)開(kāi)度、內(nèi)二次風(fēng)葉片角度及外二次風(fēng)葉片角度影響，工況安排如表1所示。

表1 試驗(yàn)工況選取Tab.1 Test conditions

2.2 試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

沿C4燃燒器中心橫截面按網(wǎng)格法橫向布置15條、縱向布置21條網(wǎng)格線(xiàn)，共計(jì)315個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)布置圖如圖2所示。圖中測(cè)量帶1～15分別為沿C4燃燒器噴口深度方向橫向布置的測(cè)點(diǎn)位置，測(cè)量帶1～15離噴口距離依次為：0、190、340、490、640、790、940、1 140、1 340、1 640、2 040、2 540、3 040、3 540、4 040 mm。沿燃燒器噴口寬度方向每間隔200 mm左右各布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，左右側(cè)各10個(gè)。在每個(gè)測(cè)點(diǎn)系一飄帶（長(zhǎng)約60 mm，左右方向不竄動(dòng)，前后方向可自由活動(dòng)）。

2.3 旋流燃燒器回流區(qū)特性

本文只研究旋流燃燒器回流區(qū)大小，不進(jìn)行氣流邊界的觀察和測(cè)量，噴口氣流邊界線(xiàn)（即下述圖中細(xì)實(shí)線(xiàn)）采用外二次風(fēng)噴口端面擴(kuò)口延長(zhǎng)線(xiàn)與網(wǎng)格邊界交界線(xiàn)。

（1）一、二次風(fēng)量配比對(duì)回流區(qū)影響

將C4燃燒器滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤(pán)開(kāi)至最大，內(nèi)、外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度調(diào)至最大并維持不變，僅依次調(diào)節(jié)C磨煤機(jī)入口一次風(fēng)流量至0、30、45、60、90 t/h（DCS示值），即試驗(yàn)工況：01、02、03、04、05。測(cè)量C4燃燒器各噴口流速并計(jì)算通風(fēng)量如表2所示，觀測(cè)C4燃燒器噴口外網(wǎng)格截面飄帶流向并繪制回流區(qū)如圖3所示。

圖2 試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置圖（圖中“o”代表測(cè)點(diǎn)位置）Fig.2Layout of test points(“o”is location of test point)

圖3 一、二次風(fēng)配比對(duì)回流區(qū)影響（工況編號(hào)依次為01-05）Fig.3 The influence of the air flow ratio of the primary air and the second air

表2 風(fēng)量計(jì)算及回流區(qū)特性計(jì)算結(jié)果Tab.2 Calculation of the air flow and the return characteristics

（2）內(nèi)、外二次風(fēng)葉片角度對(duì)回流區(qū)影響（滑動(dòng) 調(diào)風(fēng)盤(pán)全開(kāi)位置）

維持C4燃燒器滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤(pán)全開(kāi)位置（即250 mm）以及C磨入口一次風(fēng)量45 t/h（DCS示值）不變，依次改變內(nèi)、外二次風(fēng)葉片角度，共9個(gè)試驗(yàn)工況，即試驗(yàn)工況：第一組，03、06、07；第二組，08、09、10；第三組，11、12、13。測(cè)量 C4燃燒器各噴口流速并計(jì)算通風(fēng)量如表3所示，觀察C4燃燒器噴口外網(wǎng)格截面飄帶流向，并繪制出其回流區(qū)如圖4所示。

圖4 C4回流區(qū)第1～3組試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 The result of the 1～3 group tests

表3 風(fēng)量計(jì)算及回流區(qū)特性計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculation of the air flow and the return characteristics

（3）內(nèi)、外二次風(fēng)葉片角度對(duì)回流區(qū)影響（滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤(pán)中間位置）

維持C4燃燒器滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤(pán)中間位置（即125 mm）以及C磨入口一次風(fēng)量45 t/h（DCS示值）不變，依次改變內(nèi)、外二次風(fēng)葉片角度，共7個(gè)試驗(yàn)工況，即試驗(yàn)工況：第一組，14、15、16；第二組，17、18；第三組，19、20。測(cè)量C4燃燒器各噴口流速并計(jì)算通風(fēng)量如表4所示，觀察C4燃燒器噴口外網(wǎng)格截面飄帶流向，并繪制出其回流區(qū)如圖5所示。

（4）內(nèi)、外二次風(fēng)葉片角度對(duì)回流區(qū)影響（滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤(pán)全關(guān)位置）

維持C4燃燒器滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤(pán)全關(guān)位置（即0 mm）以及C磨入口一次風(fēng)量45 t/h（DCS示值）不變，在外二次風(fēng)葉片角度40°時(shí)依次改變內(nèi)二次風(fēng)葉片角度，測(cè)量C4燃燒器各噴口流速并計(jì)算通風(fēng)量如表5所示，觀察C4燃燒器噴口外網(wǎng)格截面飄帶流向，并繪制出其回流區(qū)如圖6所示。共計(jì)3個(gè)試驗(yàn)工況，即試驗(yàn)工況21、22、23。

圖5 C4回流區(qū)第1～3組試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 The result of the 1-3 group tests

表4 風(fēng)量計(jì)算及回流區(qū)特性計(jì)算結(jié)果Tab.4 Calculation of the air flow and the return characteristics

圖6 試驗(yàn)結(jié)果（試驗(yàn)工況依次為21、22、23）Fig.6 The result of the tests(Test conditions:21,22,23)

表5 風(fēng)量計(jì)算及回流區(qū)特性計(jì)算結(jié)果Tab.5 Calculation of the air flow and the return characteristics

3 試驗(yàn)結(jié)論

（1）一、二次風(fēng)配比對(duì)旋流燃燒器回流區(qū)影響結(jié)果：隨著燃燒器一、二次風(fēng)量配比的增加，燃燒器噴口外回流區(qū)面積逐步減小，回流區(qū)中心位置越來(lái)越靠近燃燒器噴口中心，回流區(qū)擴(kuò)角越來(lái)越大。

（2）內(nèi)、外二次風(fēng)葉片角度對(duì)旋流燃燒器風(fēng)量影響結(jié)果：隨著內(nèi)二次風(fēng)葉片角度增加，內(nèi)二次風(fēng)量同步增加；隨著外二次風(fēng)葉片角度增加，外二次風(fēng)量同步增加。

（3）旋流燃燒器滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤(pán)全開(kāi)且磨入口一次風(fēng)量45 t/h（DCS示值），同一內(nèi)二次風(fēng)葉片角度時(shí)隨著外二次風(fēng)葉片角度增加，回流區(qū)面積呈逐步減小變化趨勢(shì)，回流區(qū)擴(kuò)角也呈逐步減小變化趨勢(shì)；而隨著內(nèi)二次風(fēng)葉片角度增加，回流區(qū)面積呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，回流區(qū)中心呈逐步靠近燃燒器噴口中心變化趨勢(shì)，回流區(qū)擴(kuò)角呈先增加后減小變化趨勢(shì)。

（4）旋流燃燒器滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤(pán)中間位且磨入口一次風(fēng)量45 t/h（DCS示值），僅內(nèi)二次風(fēng)葉片角度35°時(shí)，在燃燒器噴口外均可看到回流區(qū)，內(nèi)二次風(fēng)葉片角度過(guò)大或過(guò)小均無(wú)回流區(qū)；內(nèi)二次風(fēng)葉片角度為35°時(shí)隨著外二次風(fēng)葉片角度增加，回流區(qū)面積呈逐步減小變化趨勢(shì)，回流區(qū)擴(kuò)角也呈逐步減小變化趨勢(shì)；且隨著內(nèi)二次風(fēng)葉片角度增加，回流區(qū)面積呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，回流區(qū)擴(kuò)角呈先增加后減小變化趨勢(shì)。

（5）旋流燃燒器滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤(pán)全關(guān)位且磨入口一次風(fēng)量45 t/h（DCS示值），各試驗(yàn)工況下均沒(méi)有回流區(qū)。

4 建議

建議對(duì)該類(lèi)型旋流燃燒器各調(diào)節(jié)器位置作如下調(diào)整：滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤(pán)開(kāi)度范圍推薦值為125～250 mm；內(nèi)二次風(fēng)葉片角度推薦值35°，外二次風(fēng)葉片角度在60°，從而使燃燒器投運(yùn)時(shí)能形成合理的卷吸高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū)。

該類(lèi)型燃燒器回流區(qū)調(diào)整手段推薦：微調(diào)，則調(diào)整外二次風(fēng)葉片角度；大幅度調(diào)整則考慮一、二次風(fēng)量配比調(diào)整或滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤(pán)開(kāi)度調(diào)整。

（References）

[1] 米翠麗,樊孝華,魏剛,等.DRB-4Z型雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器出口流場(chǎng)的數(shù)值仿真研究[J].熱力發(fā)電,2012,41(11):36-40.MI Cuili,FAN Xiaohua,WEI Gang,et al.Numerical simulation of outlet flow field of DRB-4Z type dual channel swirl burner[J].Thermal Power Generation,2012,41(11):36-40.

The Return Characteristics Study of a Swirl Burner with Ribbon Tracer Method

HUANG Hui1,XU Yan1,LUO Junjun2,XIANG Hui2
(1.State Grid Hubei Electric Power Research Institute，Wuhan Hubei 430077，China;2.Hubei Fangyuan Dongli Electric Power Research Co.Ltd.,Wuhan Hubei 430077，China)

The cold experiment is carried out on a DRB-4Z type swirl burner of a new plant transformation using ribbon tracer method.The main influencing factors of the return characteristics of a swirl burner are studied,such as the air flow ratio of the primary air and the second air,the opening position of sliding air regulating plate,the angle of the inner second air blade,and the angle of the external second air blade.Finally,the reasonable regulating range of each regulating mechanism of the burner is given,and the guidance for hot adjustment is provided.

TM621.2

A

1006-3986(2017)05-0041-06

10.19308/j.hep.2017.05.010

2017-04-12

黃 輝（1986），男，江西吉安人，碩士，高級(jí)工程師。

[Abstract]DRB-4Z type swirl burner;opposed combustion;ribbon tracer method;re-circulation zone