1、煤粉锅炉二次风系统流量特性研究摘要：本文针对二次风系统多支管、短通道、阀门调节风量的结构特性，采用三维数值模拟的方法，对二次风流量分配特性的影响因素进行了研究。对应于二次风系统的结构特性，通过这种方法，能够优选出流量均匀分配的风门开度组合工况，对二次风流量精细化分配具有指导意义。 关键词：二次风系统，流量分配特性，数值模拟 中图分类号：TU834.29 文献标识码： A 文章编号： 引言 煤粉锅炉中，二次风的监测与调节控制随着能源供应的紧张而日益受到人们的重视，二次风布置的恰当合理，能提高锅炉的热效率，减少烟气中的污染颗粒和污染气体。因此，对煤粉锅炉二次风系统流量特性进行研究，对于燃烧的稳定性
2、来说，有着非常重要的意义。 一、二次风系统的结构特点及流量特性 1、二次风系统的结构特点 （1）直角管道 在二次风系统结构中，从总风管至各二次风箱，以及从二次风箱分别至各二次风道，均采用直角管道。 （2）多分支管道 二次风由空气预热器加热至预定温度后，由总风管送入各角二次风箱，每角二次风箱上一般有 4-8 层二次风喷口，也就是说，共有 16-32个喷口。这些支管之间祸合关系强烈，各支管间的流量分配是一个比较复杂的情况。 （3）风门特性 对于确定的二次风系统，其结构己经固定，因此，对应于某个入口风速，各二次风喷口的出流量也是确定不变的。但是，在锅炉嫩烧过程中，各层喷口的流量不尽相同，而且对于不同
3、的撼烧工况，各喷口所需风量也不同，因此，需要添加调节阀来控制所需风量。 2、二次风道流量特性 (1)同样结构的风门安装在不同的风道中，将具有不同的流量调节特征。 (2)对于二次风道而言，通用的线性调节关系的二次风门根本不存在，必须针对具体的二次风道的结构进行个性化的单独设计同理，通用的等百分比调节关系的二次风门也是根本不存在的。 (3)现有的风门(普通翻板阀)具有极不理想的快开特性，小开度时阻力系数的变化率很大，大开度时阻力系数的变化率很小，同时流体通过阀门时在其后侧形成两个漩涡，漩涡尺度的大小随阀门开度增大而逐渐消失，且阀门沿来流方向后端那一侧的漩涡先消失. (4)在锅炉实际运行过程中，由于
4、煤质变化较大，气温、气压、排烟温度等变化也较大，因此，需要根据实际情况对二次风调节进行人工干预。 二次风流量特性实验系统设计 1、热示踪实验系统设计 在实验中，需要将模型进行简化:1)实际风道是从二次风箱送风至多个二次风道，本文将其简化为一个二次风箱送风至四个二次风道; 2)忽略实际风道中的变径结构，二次风道均为等截面矩形管道: 3)忽略弯管、内部支撑杆等内部结构。 模拟实验二次风系统是由变频器控制的引风机从进口送风，通过主风箱以 450 角进入二次风箱，再由二次风箱的四个风道的出口流出。二次风道上均装有阀门以调节流最，阀门由电动执行器控制其开度，每个二次风道出口均匀布置有九根自制铜一康铜热电
5、偶测量风道出口流体温度，二次风箱入口处布置有三根热电偶测量来流气流温度，示踪剂注入口也布置有一根热电偶测量示踪剂注入风道前的温度。由于篇幅有限，图示不在此展示。 实验过程中 40 个热电偶的标定是在使用范围内采用二等精度温度计进行标定的。由于篇幅有限，热电偶拟合线性曲线不能在此一一列出。 2、流量特性软测量系统设计 （1）系统建模 本文主要采用商用 CFD 软件 FLUENT 进行数值模拟，二次风系统GAMBIT 模型如图 1 所示。 。 图 1 实验模型二次风系统 GAMBIT 建模 （2）实验模型网格划分 为了克服结构化网格自适应困难和非结构化网格导致不必要的网格数巨增，本文采用半结构化网
6、格对二次风系统计算区域进行网格划分，将系统分割成几块，再对每块进行网格划分，对复杂且需要加密网格的地方采用非结构化网格，提高网格的自适应性，而对流场内流动参数梯度变化较小的地方就采用结构化网格，便于减少网格数量，节省计算时间。 （3）模型求解 本文采用分离隐式求解器，保证解的稳定性。考虑到二阶格式不易收敛，因此本文在离傲方程时先采用一阶迎风格式得到收敛结果后再用二阶迎风格式继续运算，获得收敛结果:压力速度拐合算法采用 SIMPLE算法. 二次风系统软测量的数据处理与结果分析 1、风道结构的影响 一般矩形管道同一横截面速度分布呈抛物线性，在中间位置速度达到最大。由于流体从二次风箱到二次风道要经过
7、一个 90o 的急转弯，在拐角背风处形成漩涡，使流体在沿支管轴向流动的同时还有横向的速度，从而导致喷管出口流体往左端倾斜，从右到左速度不断增大。本实验模型采用了 45。倾角，使得流体平稳的过渡到二次风箱，只是在 45。倾角前端贴壁处形成了微小漩涡。 2、来流速度的影响 在调节风道流量时，由于受负荷要求的影响，需要的二次风总风量会发生变化，因此来流速度也会变化，虽然两者在阀门开度相同的情况下各自的对应风道出口的流量大小不同，但是两者对应工况下的流量系数却是一致的， 当二次风系统进入自摸化状态时，来流速度对出口流量系数的影响很小，可以忽略不计。 3、阀门特性分析 (1)阀门调节特性 当阀门开度均为
8、 300 时，各个风道的流量分配比较平均，流量分配系数几乎在同一水平线上:当阀门开度均增大为 600 时，相对于阀门开度均为 300 时来说，各个风道的流量分配系数出现波动；当阀门开度继续增大至均为 900 时，流量分配系数波动更为明显。这是因为当阀门全开时，相对于阀门不起调节作用，因此和未装阀门时的流量分配系数相似。当阀门开度较小时，阀门作为一个阻力件严重干扰了风道中的流场分布，使得流场主要受阀门影响;当阀门开度增大时，阀门的干扰作用减弱，流场分布逐渐趋向于未装阀门时的分布趋势。 二次风道出口速度分布 当阀门开度较小时，其阻力作用过大，流最特性受阀门特性的影响大于风道结构特性的影响;当阀门开度较大时，阀门特性影响减小，流量特性逐渐呈现出结构特性的趋势。当阀门处于并联工作条件下时，随着当旁路流量的增大，其可调性下降。 结论 本文采用 FLUENT 对二次风系统模型冷态冷态实验进行了数值模拟，若能对实际锅炉二次风系统进行热态模拟，更能直接反映炉内动力场和流量分配特性，对实际锅炉运行的风量调节更有指导意义。 参考文献 【1】赵永刚，岳建华等.电站锅炉一二次风风速在线监测系统的研制与开发，锅炉技术.2000,6:1-4 【2】米长武，卢权等.电站煤粉锅炉堪烧优化预数值计算研究综述.锅炉制造 2007,4(2):5-12
