六角同心双切圆燃烧锅炉浓度场试验研究

六角同心双切圆燃烧锅炉浓度场试验研究

　基金项目：清华大学国家重点实验室资助项目。

　　大容量锅炉燃烧器大多采用六角布置，一、二次风的射流采用同心切圆。六角锅炉普遍存在结渣现象，结渣直接影响锅炉的安全经济运行。结渣的原因有多种，而炉内不合理的煤粉浓度场是结渣的重要原因。

　　目前国内外对于六角切圆燃烧锅炉研究较少，可供的很少。在研究四角切圆燃烧煤粉炉的基础上，指出合理配风供粉，降低壁面附近的煤粉浓度，可以达到降低水冷壁附近还原性气氛的目的，从而避免结渣现象的发生。

　　为降低壁面附近的煤粉浓度，本文就上层燃烧器二次风假设圆直径由1000mm加大到1500mm，成为同心双切圆。应用PDA气固两相测量技术，对改造前后燃烧器区域浓度场的变化进行对比分析。模型与实际炉膛的炉内空气动力场相似；模型中模拟微粒的运动轨迹与实物中的煤粉颗粒的运行相似。每个工况分别测量锅炉前墙上的一号角和二号角的中层和上层燃烧器，以燃烧器喷口中心截面作为00截面，分别测量其上部一定几何距离的几个截面'固相颗粒在某一点的浓度用单位体积内颗粒数密度来表示，颗粒的体积浓度用单位体积内固相颗粒所占体积百分比来表示。

　　1试验数据分析1.1原始工况分析、2分别为原工况1中层00截面颗粒面颗粒的数密度和体积浓度等值线图。这两幅图示出，在炉膛角部依然存在着较高的浓度，随炉膛高度的增加，虽有所降低，但仍比炉内气流主旋区要高许多。

　　中的大部分没有加入到炉内主旋转气流中，而是直接被短路到炉膛出口。燃烧不完全不仅会增大锅炉的未完全燃烧热损失，而且未燃尽的呈熔融状态的高温煤粉颗粒更易于粘结在高温抽烟口、高温对流过热器等受热面上而引起结渣。

　　原工况1上层十115截面体积浓度图n在炉膛角擂在的较高煤粉浓度！这些。颗粒publi墙壁面附近的浓布但在试验中观察到大量。net、6分别为原工况2上层+115mm截面颗粒的数密度和体积浓度等值线图。这个截面依然存在着以X=118mm测量线左右分布着比较对称的颗粒浓度，高浓度区在这个截面依然存在，但范围已大大扩展，在前墙壁面附近颗粒浓度较高。这也表明，在燃烧器上部区域主旋转气流的旋转较弱，贴壁区域的颗粒没有被大量卷入到主旋转气流中去。由于测量上的不方便，没能测到前、10为工况改进后，1上层+115mm截面的颗粒数密度和体积浓度图。随着炉膛高度的增加，在+115截面，由于二次旋涡被挤碎，破碎后的气流大部分被主旋转气流卷吸而随其一起旋转，炉内气流对边壁区域和角部死区颗粒的卷吸能力增强，此截面的颗粒数密度和体积浓度分布颗粒贴壁倾斜上升。

　　1.2改进工况分析的颗粒数密度图及体积浓度图。比较和发现，改进工况浓度分布比较均匀，尤其是在角部的二次旋涡区域和射流出口不远处的的浓度值与整个截面非常相近，略高于主旋流场；而原工况在角部和一次风与上游偏转射流和炉内主旋转气流相剪切处存在着较高的浓度分布。热态运行时，二次旋涡把角部和炉内高温旋转流场分隔开，角部高浓度区煤粉颗粒与高温气流对流换热差，影响角部煤粉颗粒的着火和燃尽，尤其是试验原型锅炉所燃褐煤为易结渣煤种，呈熔融状态的高温煤粉颗粒被短路到炉膛出口，粘结在高温对流受热面而引起结渣。由看出，在侧墙壁面处存在较高的颗粒浓度而此处的颗粒数密度值与截面分布非常接近，这表明在侧墙边壁处聚集着较大直径的颗粒。处于二次旋涡外缘的较大直径颗粒受到壁面的限制，与壁面摩擦后，颗粒能量损失较大，二次旋涡又不足以提供其旋转的向心力，而从二次旋涡中分离出来，聚集在侧墙壁面处。大直径颗粒需要较多的着火热，更不容易燃尽，这些颗粒在炉内的停留时间短，在一定程度上会增大结渣倾向。

　　都比较均匀，强烈旋转的主旋转气流把滞留在角部和二次旋涡区的颗粒卷入到主旋转气流中来，在角部和边壁区域的颗粒浓度比较低，从而使得沿壁面直接上升被短路到炉膛出口的颗粒数量大大降低。强烈的旋转也加强了炉内扰动，增加了颗粒在炉内的行程，保证了煤粉颗粒的燃尽。

　　流量大大降低，前墙壁面处的浓度值相对于整个截面来说有所增加，高颗粒浓度区分布在主旋转气流的核心位置，改善了着火条件。

　　适当加大假想切圆直径，对煤粉的着火、燃烧和燃尽都有利，炉膛中的火焰充满度好。但过大的切圆直径会使射流冲击炉墙、含粉气流贴壁的可能性增大，增大了结渣趋势。

　　处浓度分布比较均匀A沿前墙（壁面上升的（含粉气ublishhgHouse.Allrightsreserved. 115mm截面的颗粒数密度和体积浓度图。与原工况相应截面对比能够看出，由于上层燃烧器二次风假想切圆直径加大，使二次风射流的刚性增加，一次风射流的偏转大为减轻，燃烧器上部区域炉内主旋转气流的旋转强度衰减减慢，沿壁面上升的含粉气流被主旋转气流边缘部分卷吸，在此截面2结论原工况主旋转气流对近壁区和角部含粉气流的卷吸能力较差，炉膛角部和近壁区的颗粒浓度较高，不仅增大了未完全燃烧热损失，而且未燃尽的部分流到炉膛出口增大了结渣的可能性。对工况进行改进后，加强了对角部二次旋涡和近壁区含粉气流的卷吸能力，使角部和贴壁面上升被直t）变化时的y（型参数不确定性及外部干扰的情况下，系统式（1）的输出变量能较好的跟踪模型输出yw间接地跟踪控制指令r（t），输出变量之间基本没有耦合。

　　4结论（1）提出了一种对于可解耦多输入多输出线性系统的模型跟随变结构控制方法，使被控系统在存在内部模型参数摄动和外部干扰的情况下，仍然具有优良的动态性能。