同心双切圆燃烧器墙式布置锅炉炉内气流旋转特性的数值研究

　　电站系统工程同心双切圆燃烧器墙式布置锅炉炉内气流旋转特性的数值研究广东省惠州学院聂艳华烟台市低温热源研究中心孙冬梅双切圆布置形式，突出燃烧器出口区域的研究，并与四角锅炉进行对比。研究表明，六角锅炉炉内气流旋转较四角锅炉弱，改进后明显增强，炉膛角部出现的二次旋涡也有所减弱。

　　目前，国内外对于四角切圆燃烧锅炉己经进行了的大量的切实有效的研究nl，但对于六角切圆燃烧锅炉的研究还没有公开报导。本文以某670t/h六角切圆燃烧煤粉炉为原型，对其炉膛内气流的旋转特性进行数值模拟，突出燃烧器出口区域的研究，并与四角燃烧锅炉进行对比，分析其异同点，以指导工程实践。

　　1研究内容原型锅炉6组燃烧器分别布置在炉膛四壁上：前后墙各两组，两侧墙各一组，原设计燃烧器一、二次风的假想切圆直径为1000mm，见。本方案将其改为同心双切圆形式，上层燃烧器二次风切圆直径加大。

　　采用双方程湍流模型进行数值模拟；对计算区域采用交错、非均匀网格，把燃烧器及固体壁面附近区域划分得密集一些：迭代过程采用SIMPLEC方法求解3.研究结果以速度矢量图的形式表示射流流动的状态。所布置的一号角区域目的是研究燃烧器射流的初始段；二号角区域主要为了研究燃烧器射流发生偏转后的情况。进行研究时，以燃烧器喷口中心横截面作为00截面，分别分析其上部一定几何距离的几个横截面。

　　聂艳华（1959-）。女，工程师。

　　2研究结果与分析2.1号燃烧器区域、3分别为原始工况和改进工况一号角中层燃烧器+30截面气流速度矢量图。燃烧器六角布置的形式，使各角射流到达假想切圆切点位置的距离比四角切圆布置时要近，受邻角和主旋转气流的横向冲击加强，射流更易于偏转。部分偏转的扩散射流与侧墙燃烧器射流碰撞后被反弹回来，动量衰减较大，由于燃烧器采用六角布置方式，使得炉膛角部存在较大的自由空间，因而在炉膛用部形成一定啼转直径的二次旋涡（相对于炉膛中心主旋涡而言）。一次旋涡内的部分煤粉不参与炉内主旋转气流的螺旋上升运动，直接被改进工况一号角中层+30截面气流速度矢量图短路到炉膛出口，必然会增大不完全燃烧热损失和炉膛出口结渣的可能性。

　　增大二次风假想圆直径后，一次风射流初期的直段长度增加，射流偏转较晚；炉内气流旋转动量矩增大、强度增加；左侧墙近壁处气流速度大大降低，对壁面的冲刷程度减轻，使锅炉在热态运行时，壁面附近基本上不会出现还原性气氛，大大有利于抑制结渣和高温腐蚀的发生。整个一号角燃烧器根部旋涡的旋转强度明显减小，速度下降，旋转动量降低。

　　原工况一号角中层+30截面气流速度矢量图原始工况一号角上层改进工况一号角上层+80截面气流速度矢量图+80截面气流速度矢量图工况改进后，流场形式发生了很大变化，主旋转气流旋转加强，衰减相对减慢，对壁面区和二次旋涡区的含粉气流的卷吸能力增强，减轻了一次风射流的偏转，使进入二次旋涡区的含粉气流减少。

　　2.2二号燃烧器区域、7分别为原始工况和改进工况2号角上层燃烧器00截面气流速度矢量图。由于各燃烧器射流刚性的差异，炉内主旋转气流并非一个动态切圆，而是呈椭圆形，其长轴方向偏向于2、5号燃烧器的连线方向；短轴方向偏向于1、4号燃烧器的连线方向。

　　原始工况二号角上层改进工况二号角上层00截面气流速度矢量图00截面气流速度矢量图二次风假想切圆直径加大，一号角射流抵抗主旋转气流和上游来流的混合冲击能力加强，二号燃烧器射流流向左侧墙，与一号燃烧器射流充分接触，有利于一号燃烧器射流接受上游热，易于着火。

　　3结论六角切圆燃烧锅炉虽然与四角切圆燃烧锅炉在结构上有很大差别，引起流场结构的许多差异，但总的形势是相同的。其不同于四角切圆燃烧锅炉的之处在于：燃烧器射流更i于偏转，在燃烧器区域炉膛用部存在较大自由空间，偏转射流在此处形成二次旋涡；炉膛内主旋转气流旋转强度较弱，在燃烧器上部区域衰减较快；炉内主旋转气流呈动态椭圆形。

　　二次风假想切圆直径增大，使得二次风托住一次风，加强了炉内主旋转气流的旋转强度，角部二次旋涡的旋转直径和旋转强度都有所减小，改善了一、二次风的射流刚性，二次风旋转动量矩增大，有利于着火、燃烧和燃尽，可以有效地改善受热面结渣现象，锅炉低负荷燃烧的稳定性增加；但同时炉膛出口气流的残余扭转也增大，增大切圆直径应以火焰不冲刷水冷壁为限。□