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切圆燃烧流场中不同高宽比矩形喷嘴射流特性的试验研究

分类号：TK223.23 文献标识码：A

文章编号：1001－2060（2000）02－Experimental Study of Jet Characteristics of a Rectangular Nozzle with Different Height-to-width Ratios in a Tangentially-fired Combustion Flow FieldZhang Ze Wu Shaohua Yao Zheng, et al

（Harbin Institute of Technology）

Li Min

（Harbin Power Plant Equipment Group Corp.）Abstract：With the help of a hot wire anemometer a detailed experimental study was performed of the rigidity and turbulence characteristics of the jet flow of a primary-air rectangular nozzle with different height-to-width ratios in a tangentially-fired combustion flow field. Furthermore, the deflection and stable combustion mechanism of the rectangular nozzle jet flow under different height-to-width 电能表ratios is also analyzed. As a result, obtained was the optimum height-to-width ratio of the rectangular nozzle in the tangentially-fired combustion flow field. The study results may serve as helpful reference data for engineering design and general applications.

Key words：tangentially-fired furnace, jet characteristics, height-to-width ratio, experimental study, hot wire anemometer▲1 前言

对于直流煤粉燃烧器喷嘴射流的试验研究，目前国内外研究都集中在单喷嘴自由射流和简单相交射流的特性方面。我们过去从单喷嘴自由射流和简单相交射流的研究中分析得出了四角切圆燃烧锅炉工程应用的矩形喷嘴高宽比，重点在于对整组燃烧器高宽比的要求，这在许多教科书上都有介绍［1，2］。但在实际的四角切圆锅炉中应用时，由于四角煤粉气流相互撞击的复杂性、特别是整组射流两侧补气条件的差异、多重复杂组合射流等因素的影响，常常由于一次风煤粉射流刚性不足而出现“粉在外，风在里”的燃烧两相流场，导致未燃尽煤粉贴壁及引起的炉膛水冷壁结渣及高缝制设备温腐蚀等问题。近年特别是卸荷时不可猛松手来的研究工作表明，由于一、二次风刚性不同，在受到邻角气流撞击后，刚性差的一次风偏斜较大，贴向水冷壁，而二次风的刚性较强，偏斜较小，造成一二次风分离，使水冷壁附近区域缺氧。如谏壁电厂300MW锅炉出现高温腐蚀，经分析主要是由于其二次风喷口的宽度大于高度，而一次风喷口则相反，其高度大于宽度，一次风刚性小于二次风，出现一二次风分离。特别是在燃用低挥发份煤粉时，其一次风速往往远低于二次风速，因此动量较小，也易促使一、二次风分离。上海锅炉厂在不同的电厂300MW锅炉的冷态烟火模拟试验中发现，“一次风明显被二次风气流挤向水冷壁侧，成抛物线冲向水冷壁”。

由于过去对射流的研究与实际的炉内四角切圆流场，复杂的相交、多重组合射流中的喷嘴射流具有较大的差距，故分析得出的矩形喷嘴高宽比并不完善，同时也没有注意一、二次风射流刚性不同的流场特征，而目前还没有资料介绍采用较为先进的测量仪器对模蒸汽轮机拟炉内四角切圆流场中，复杂组合射流中一次风矩形喷嘴射流特性的试验研究。因此，对于在实际的四角切圆燃烧流场中一次风射流的偏转即射流的刚性和射流的湍流特性进行深入的研究具有较高的应用价值。

本文就四角切圆流场中，不同高宽比下的一次风矩形喷嘴射流的刚性和湍流特性进行了试验研究和分析。2 试验测量装置、试验台及试验方法

本文采用Dantec公司Streamline CTA90CGB/T 6559⑴986 自攻锁紧螺钉的螺杆 粗牙普通罗纹系列10恒温风速仪装置及标定仪，Stream Ware系统软件，为测量高湍流度的55P63“X”型曲柄镀金探头。它具有热惯性小、频率响应宽(达2MHz)、灵敏度高、对流场影响小，平均速度及湍流脉动测量精度高(1%误差)，信号连续等优点［3，4］，目前在气相湍流流场的测量中占据了较强的地位并得到了广泛的应用。 该四角组合射流试验台按某电厂300MW锅炉炉膛燃烧器区域、各层燃烧器喷嘴的布置及燃烧器喷嘴形状，按1∶10比例模化设计。试验模化原则为：喷嘴及炉内冷态气流运动进入自模化区，一、二次风动量比与实际热态运行相同，模型与实物几何相似。

试验及测量区域平面和试验坐标系见图1，以喷嘴中心为基点的射流假想轴线(与炉膛假想切圆相切)为X轴，“0”点为喷嘴出口中心，Y轴正半侧区域为射流的向火侧，其负半侧区域为射流的背火侧，矩形喷嘴出口的高、宽分别为h、w，喷嘴出口的当量直径为D。为了便于对喷嘴射流特性的研究，尽量减小炉内高度方向(纵向)气流对射流测量的影响，试验炉膛采用了上下敝口，对中间一层一次风及相邻的二次风喷嘴射流进行了测量。测量中风速仪的采样频率为60kHz，每个测点采集数据32提出了 5个完全 的燃气锅炉要求 768次，由Stream Ware软件进行统计分析。 自建房装修
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