发明名称 旋流燃烧器冷态空气动力场测量方法及专属测量仪器
摘要 本发明提出了一种新的旋流燃烧器特性测量方法及测量仪器;该项发明能够测量出不同运行工况下旋流燃烧器回流区的位置及大小,为热态运行提供参考。本发明具有结构简单、易于实施、未给机组带来附加设施、操作方便、安全可靠的优点。
申请公布号 CN102980740B 申请公布日期 2015.07.29
申请号 CN201210455755.1 申请日期 2012.11.14
申请人 辽宁省电力有限公司电力科学研究院;国家电网公司 发明人 宋大勇;邹天舒;吴景兴;纪宏舜;王力;冷杰;蒋翀;张家维;吴炬;张振杰;高继录;刘学增;梁明文;苏东;李彦龙;王文生;袁德权;丛日成;綦明明
分类号 G01M9/06(2006.01)I 主分类号 G01M9/06(2006.01)I
代理机构 沈阳智龙专利事务所(普通合伙) 21115 代理人 宋铁军;周智博
主权项 一种旋流燃烧器冷态空气动力场测量方法,其特征在于:取旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器,该仪器包括支撑杆(3)、连接杆(4)、风车片(5)和支撑架(6);风车片(5)安装在连接杆(4)上,连接杆(4)设置在支撑杆(3)上,连接杆(4)与支撑杆(3)轴向垂直,支撑杆(3)设置在支撑架(6)上,风车片(5)可以随风自由的沿连接杆(4)的轴向前后移动;具体测量方法如下:①、确定旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的安装位置:确定纵向安装位置:测量燃烧器外沿直径尺寸,根据射流衰减规律,确定在风口0.5倍直径处、1.0倍直径处、1.5倍直径处、2.0倍直径处以及3.0倍直径处位置为安装旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的纵向位置;在确定完安装旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的纵向位置后再确定横向安装风车片数量:一般前后墙对冲燃烧的大型锅炉旋流燃烧器间距为4m左右,考虑相邻燃烧器对测量结果的影响,0.5倍直径位置的旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的支撑杆3长度定为3.1m,安装30个风车片,1.0倍直径位置的支撑杆3长度定为4.1m,安装40个风车片,1.5倍直径位置的支撑杆3长度定为4.1m,安装40个风车片,2.0倍直径位置的支撑杆3长度定为5.1m,安装50个风车片,3.0倍直径位置的支撑杆3长度定为6.1m,安装60个风车片;②、按照冷态模化的工况进行锅炉冷态空气动力场试验,根据风车片随风飘动的位置,确定该位置的风向,进而确定旋流燃烧器出口的回流区以及扩散角大小;根据不同工况的测量结果,确定合理的一、二、三风的风量、风比例及风速、旋流强度设置方式和调整量;根据相似原理确定冷态一、二、三次风比例及风速:根据相似原理,锅炉冷态空气动力场试验应遵守以下原则:(1)几何相似由于冷态试验和热态运行是同一台锅炉,因此满足几何相似条件;(2)保证空气流动状态进入自模区锅炉稳定运行时,炉内的气流工况属于粘性流体不等温的稳定受迫运动,对流动过程起主要作用的是雷诺准则:<img file="FDA0000701185020000021.GIF" wi="274" he="139" />它表明了流体惯性力与粘性力的比值;在等温流动时,它决定了气流运动的阻力特性;所谓气流运动状态进入自模化区,是指当Re大于某定值后,惯性力起决定性因素,粘性力的影响可以忽略;对于旋流燃烧器Re≥1.8×10<sup>5</sup>时即可进入自模化区;燃烧器冷态达到自模化区的最小风速按下式测算:<maths num="0001" id="cmaths0001"><math><![CDATA[<mrow><mi>&omega;</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>&gamma;</mi><mo>&times;</mo><mi>Re</mi></mrow><mi>d</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000701185020000022.GIF" wi="1213" he="132" /></maths>式中:ω——燃烧器喷口冷态自模化区的最小风速,m/s;γ——空气动力粘度,温度20℃时取为15.2×10<sup>‑6</sup>m<sup>2</sup>/s;Re——雷诺数,取为1.8×10<sup>5</sup>;d——喷口当量直径,m;(3)边界条件相似边界条件相似是指热态条件下通过燃烧器进入炉内的各股气流动量比与冷态条件下各股气流的动量比相等,遵循下式:<maths num="0002" id="cmaths0002"><math><![CDATA[<mrow><msub><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><msub><mi>&rho;</mi><mn>1</mn></msub><msubsup><mi>&omega;</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><msub><mi>&rho;</mi><mn>2</mn></msub><msubsup><mi>&omega;</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow></mfrac><mo>)</mo></mrow><mi>l</mi></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mo>(</mo><mfrac><mrow><msub><mi>&rho;</mi><mn>1</mn></msub><msubsup><mi>&omega;</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><msub><mi>&rho;</mi><mn>2</mn></msub><msubsup><mi>&omega;</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow></mfrac><mo>)</mo></mrow><mi>r</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000701185020000023.GIF" wi="1294" he="163" /></maths>其中:冷态时一、二次风密度相等,即(ρ<sub>1</sub>)<sub>l</sub>=(ρ<sub>2</sub>)<sub>l</sub>;由于热态一、二次风温较高,静压对流体密度影响较小,可以忽略,则热态二次风的密度为:<maths num="0003" id="cmaths0003"><math><![CDATA[<mrow><msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&rho;</mi><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mi>r</mi></msub><mo>=</mo><mn>1.293</mn><mo>&times;</mo><mfrac><mn>273</mn><mrow><mn>273</mn><mo>+</mo><msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mi>r</mi></msub></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000701185020000031.GIF" wi="1355" he="142" /></maths>考虑到煤粉浓度与空气之间的速度差的影响,热态一次风粉的密度为:<maths num="0004" id="cmaths0004"><math><![CDATA[<mrow><msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&rho;</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mi>r</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>k</mi><mo>&times;</mo><mi>&mu;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>&times;</mo><mn>1.293</mn><mo>&times;</mo><mfrac><mn>273</mn><mrow><mn>273</mn><mo>+</mo><msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mi>r</mi></msub></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000701185020000032.GIF" wi="1461" he="142" /></maths>由此可以推导得出冷态试验的喷口风速比的计算公式,即:<maths num="0005" id="cmaths0005"><math><![CDATA[<mrow><mfrac><msup><msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&omega;</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mi>l</mi></msub><mn>2</mn></msup><msup><msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&omega;</mi><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mi>l</mi></msub><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>=</mo><mfrac><msup><msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&omega;</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mi>r</mi></msub><mn>2</mn></msup><msup><msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>&omega;</mi><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mi>r</mi></msub><mn>2</mn></msup></mfrac><mo>&times;</mo><mfrac><mrow><msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>t</mi><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mi>r</mi></msub><mo>+</mo><mn>273</mn></mrow><mrow><msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>t</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow><mi>r</mi></msub><mo>+</mo><mn>273</mn></mrow></mfrac><mo>&times;</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>k</mi><mo>&times;</mo><mi>&mu;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000701185020000033.GIF" wi="1438" he="168" /></maths>其中:k——煤粉相对于一次风气流的滞后系数,通常取为0.8;μ——一次风中煤粉的质量浓度,为0.596kg/kg;(t<sub>1</sub>)<sub>r</sub>、(t<sub>2</sub>)<sub>r</sub>——设计热态工况喷口一、二次风温,℃;冷态燃烧器三次风速为(ω<sub>3</sub>)<sub>l</sub>=(ω<sub>2</sub>)<sub>l</sub>×(ω<sub>3</sub>)<sub>r</sub>/(ω<sub>2</sub>)<sub>r</sub>         (6)。
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