采用飄帶示蹤法研究某旋流燃燒器回流特性的試驗

黃 輝，徐 龑，羅俊俊，向 暉

（1.國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.湖北方源東力電力科學研究有限公司，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

黃 輝1，徐 龑1，羅俊俊2，向 暉2

（1.國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.湖北方源東力電力科學研究有限公司，湖北 武漢 430077)

采用飄帶示蹤法對某廠新改造的DRB-4Z型旋流燃燒器進行冷態試驗，重點研究了旋流燃燒器一、二次風配比，滑動調風盤開度，內二次風葉片角度及外二次風葉片角度對旋流燃燒器回流特性的影響。最后給出該類型燃燒器各調節機構合理的調節范圍，可為熱態調整提供指導意見。

DRB-4Z型旋流燃燒器；對沖燃燒；飄帶示蹤法；回流區

0 引言

湖北某發電廠640 MW級機組采用哈爾濱鍋爐廠有限公司制造的型號為HG-1970/25.4-YM7，超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用對沖燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構Π型露天布置。2017年3月該機組進行超低排放改造，配置了B&W公司最新研制的Airejet和DRB-4Z型超低NOx雙調風旋流燃燒器及OFA噴口，并增設貼壁風噴口。

1 旋流燃燒器特性

為研究旋流燃燒器高溫煙氣卷吸特性，冷態條件下采用飄帶示蹤法觀測旋流燃燒器回流區。研究對象為DRB-4Z型旋流燃燒器[1]，位于前墻下層第4個燃燒器（C4旋流燃燒器）。該燃燒器外部可調節機構調節特性如下：

（1）滑動調風盤用于調節燃燒器二次風總量，可調范圍為0～250 mm（開度越大，總風量越大）。

（2）內二次風風量占比較小，其作用為引燃煤粉，其葉片角度調節器可調范圍為15°～55°（葉片與燃燒器中心線夾角余角，角度越小，旋流強度越大）。

（3）外二次風風量占比較大，其作用為提供煤粉充分燃燒所需空氣，其葉片調節器可調范圍為40°～80°（葉片與燃燒器中心線夾角余角，角度越小，旋流強度越大）。

（4）過渡風風量占比最小，控制燃料與二次風混合時間，可控制NOx生成，其風量調節器可調范圍為0～150 mm（開度越大，風量越大）。

該類型旋流燃燒器結構示意圖如圖1所示。

圖1 DRB-4Z型旋流燃燒器結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of DRB-4Z type swirl burner

2 研究過程及結果

2.1 試驗工況安排

因過渡風風量占比最小，其風量調節器采用廠家推薦開度。研究方向包括一、二次風配比影響，滑動調風盤開度、內二次風葉片角度及外二次風葉片角度影響，工況安排如表1所示。

表1 試驗工況選取Tab.1 Test conditions

2.2 試驗測點布置

沿C4燃燒器中心橫截面按網格法橫向布置15條、縱向布置21條網格線，共計315個測點。測點布置圖如圖2所示。圖中測量帶1～15分別為沿C4燃燒器噴口深度方向橫向布置的測點位置，測量帶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左右各布置一個測點，左右側各10個。在每個測點系一飄帶（長約60 mm，左右方向不竄動，前后方向可自由活動）。

2.3 旋流燃燒器回流區特性

本文只研究旋流燃燒器回流區大小，不進行氣流邊界的觀察和測量，噴口氣流邊界線（即下述圖中細實線）采用外二次風噴口端面擴口延長線與網格邊界交界線。

（1）一、二次風量配比對回流區影響

將C4燃燒器滑動調風盤開至最大，內、外二次風旋流強度調至最大并維持不變，僅依次調節C磨煤機入口一次風流量至0、30、45、60、90 t/h（DCS示值），即試驗工況：01、02、03、04、05。測量C4燃燒器各噴口流速并計算通風量如表2所示，觀測C4燃燒器噴口外網格截面飄帶流向并繪制回流區如圖3所示。

圖2 試驗測點布置圖（圖中“o”代表測點位置）Fig.2Layout of test points(“o”is location of test point)

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

表2 風量計算及回流區特性計算結果Tab.2 Calculation of the air flow and the return characteristics

（2）內、外二次風葉片角度對回流區影響（滑動 調風盤全開位置）

維持C4燃燒器滑動調風盤全開位置（即250 mm）以及C磨入口一次風量45 t/h（DCS示值）不變，依次改變內、外二次風葉片角度，共9個試驗工況，即試驗工況：第一組，03、06、07；第二組，08、09、10；第三組，11、12、13。測量 C4燃燒器各噴口流速并計算通風量如表3所示，觀察C4燃燒器噴口外網格截面飄帶流向，并繪制出其回流區如圖4所示。

圖4 C4回流區第1～3組試驗結果Fig.4 The result of the 1～3 group tests

表3 風量計算及回流區特性計算結果Tab.3 Calculation of the air flow and the return characteristics

（3）內、外二次風葉片角度對回流區影響（滑動調風盤中間位置）

維持C4燃燒器滑動調風盤中間位置（即125 mm）以及C磨入口一次風量45 t/h（DCS示值）不變，依次改變內、外二次風葉片角度，共7個試驗工況，即試驗工況：第一組，14、15、16；第二組，17、18；第三組，19、20。測量C4燃燒器各噴口流速并計算通風量如表4所示，觀察C4燃燒器噴口外網格截面飄帶流向，并繪制出其回流區如圖5所示。

（4）內、外二次風葉片角度對回流區影響（滑動調風盤全關位置）

維持C4燃燒器滑動調風盤全關位置（即0 mm）以及C磨入口一次風量45 t/h（DCS示值）不變，在外二次風葉片角度40°時依次改變內二次風葉片角度，測量C4燃燒器各噴口流速并計算通風量如表5所示，觀察C4燃燒器噴口外網格截面飄帶流向，并繪制出其回流區如圖6所示。共計3個試驗工況，即試驗工況21、22、23。

圖5 C4回流區第1～3組試驗結果Fig.5 The result of the 1-3 group tests

表4 風量計算及回流區特性計算結果Tab.4 Calculation of the air flow and the return characteristics

圖6 試驗結果（試驗工況依次為21、22、23）Fig.6 The result of the tests(Test conditions:21,22,23)

表5 風量計算及回流區特性計算結果Tab.5 Calculation of the air flow and the return characteristics

3 試驗結論

（1）一、二次風配比對旋流燃燒器回流區影響結果：隨著燃燒器一、二次風量配比的增加，燃燒器噴口外回流區面積逐步減小，回流區中心位置越來越靠近燃燒器噴口中心，回流區擴角越來越大。

（2）內、外二次風葉片角度對旋流燃燒器風量影響結果：隨著內二次風葉片角度增加，內二次風量同步增加；隨著外二次風葉片角度增加，外二次風量同步增加。

（3）旋流燃燒器滑動調風盤全開且磨入口一次風量45 t/h（DCS示值），同一內二次風葉片角度時隨著外二次風葉片角度增加，回流區面積呈逐步減小變化趨勢，回流區擴角也呈逐步減小變化趨勢；而隨著內二次風葉片角度增加，回流區面積呈先增大后減小的變化趨勢，回流區中心呈逐步靠近燃燒器噴口中心變化趨勢，回流區擴角呈先增加后減小變化趨勢。

（4）旋流燃燒器滑動調風盤中間位且磨入口一次風量45 t/h（DCS示值），僅內二次風葉片角度35°時，在燃燒器噴口外均可看到回流區，內二次風葉片角度過大或過小均無回流區；內二次風葉片角度為35°時隨著外二次風葉片角度增加，回流區面積呈逐步減小變化趨勢，回流區擴角也呈逐步減小變化趨勢；且隨著內二次風葉片角度增加，回流區面積呈先增大后減小的變化趨勢，回流區擴角呈先增加后減小變化趨勢。

（5）旋流燃燒器滑動調風盤全關位且磨入口一次風量45 t/h（DCS示值），各試驗工況下均沒有回流區。

4 建議

建議對該類型旋流燃燒器各調節器位置作如下調整：滑動調風盤開度范圍推薦值為125～250 mm；內二次風葉片角度推薦值35°，外二次風葉片角度在60°，從而使燃燒器投運時能形成合理的卷吸高溫煙氣回流區。

該類型燃燒器回流區調整手段推薦：微調，則調整外二次風葉片角度；大幅度調整則考慮一、二次風量配比調整或滑動調風盤開度調整。

（References）

[1] 米翠麗,樊孝華,魏剛,等.DRB-4Z型雙調風旋流燃燒器出口流場的數值仿真研究[J].熱力發電,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，高級工程師。

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