六角同心雙切圓燃燒鍋爐濃度場試驗研究

　　基金項目：清華大學國家重點實驗室資助項目。

　　大容量鍋爐燃燒器大多采用六角布置，一、二次風的射流采用同心切圓。六角鍋爐普遍存在結渣現象，結渣直接影響鍋爐的安全經濟運行。結渣的原因有多種，而爐內不合理的煤粉濃度場是結渣的重要原因。

　　目前國內外對于六角切圓燃燒鍋爐研究較少，可供的很少。在研究四角切圓燃燒煤粉爐的基礎上，指出合理配風供粉，降低壁面附近的煤粉濃度，可以達到降低水冷壁附近還原性氣氛的目的，從而避免結渣現象的發生。

　　為降低壁面附近的煤粉濃度，本文就上層燃燒器二次風假設圓直徑由1000mm加大到1500mm，成為同心雙切圓。應用PDA氣固兩相測量技術，對改造前后燃燒器區域濃度場的變化進行對比分析。模型與實際爐膛的爐內空氣動力場相似；模型中模擬微粒的運動軌跡與實物中的煤粉顆粒的運行相似。每個工況分別測量鍋爐前墻上的一號角和二號角的中層和上層燃燒器，以燃燒器噴口中心截面作為00截面，分別測量其上部一定幾何距離的幾個截面'固相顆粒在某一點的濃度用單位體積內顆粒數密度來表示，顆粒的體積濃度用單位體積內固相顆粒所占體積百分比來表示。

　　1試驗數據分析1.1原始工況分析、2分別為原工況1中層00截面顆粒面顆粒的數密度和體積濃度等值線圖。這兩幅圖示出，在爐膛角部依然存在著較高的濃度，隨爐膛高度的增加，雖有所降低，但仍比爐內氣流主旋區要高許多。

　　中的大部分沒有加入到爐內主旋轉氣流中，而是直接被短路到爐膛出口。燃燒不完全不僅會增大鍋爐的未完全燃燒熱損失，而且未燃盡的呈熔融狀態的高溫煤粉顆粒更易于粘結在高溫抽煙口、高溫對流過熱器等受熱面上而引起結渣。

　　原工況1上層十115截面體積濃度圖n在爐膛角擂在的較高煤粉濃度！這些。顆粒publi墻壁面附近的濃布但在試驗中觀察到大量。net、6分別為原工況2上層+115mm截面顆粒的數密度和體積濃度等值線圖。這個截面依然存在著以X=118mm測量線左右分布著比較對稱的顆粒濃度，高濃度區在這個截面依然存在，但范圍已大大擴展，在前墻壁面附近顆粒濃度較高。這也表明，在燃燒器上部區域主旋轉氣流的旋轉較弱，貼壁區域的顆粒沒有被大量卷入到主旋轉氣流中去。由于測量上的不方便，沒能測到前、10為工況改進后，1上層+115mm截面的顆粒數密度和體積濃度圖。隨著爐膛高度的增加，在+115截面，由于二次旋渦被擠碎，破碎后的氣流大部分被主旋轉氣流卷吸而隨其一起旋轉，爐內氣流對邊壁區域和角部死區顆粒的卷吸能力增強，此截面的顆粒數密度和體積濃度分布顆粒貼壁傾斜上升。

　　1.2改進工況分析的顆粒數密度圖及體積濃度圖。比較和發現，改進工況濃度分布比較均勻，尤其是在角部的二次旋渦區域和射流出口不遠處的的濃度值與整個截面非常相近，略高于主旋流場；而原工況在角部和一次風與上游偏轉射流和爐內主旋轉氣流相剪切處存在著較高的濃度分布。熱態運行時，二次旋渦把角部和爐內高溫旋轉流場分隔開，角部高濃度區煤粉顆粒與高溫氣流對流換熱差，影響角部煤粉顆粒的著火和燃盡，尤其是試驗原型鍋爐所燃褐煤為易結渣煤種，呈熔融狀態的高溫煤粉顆粒被短路到爐膛出口，粘結在高溫對流受熱面而引起結渣。由看出，在側墻壁面處存在較高的顆粒濃度而此處的顆粒數密度值與截面分布非常接近，這表明在側墻邊壁處聚集著較大直徑的顆粒。處于二次旋渦外緣的較大直徑顆粒受到壁面的限制，與壁面摩擦后，顆粒能量損失較大，二次旋渦又不足以提供其旋轉的向心力，而從二次旋渦中分離出來，聚集在側墻壁面處。大直徑顆粒需要較多的著火熱，更不容易燃盡，這些顆粒在爐內的停留時間短，在一定程度上會增大結渣傾向。

　　都比較均勻，強烈旋轉的主旋轉氣流把滯留在角部和二次旋渦區的顆粒卷入到主旋轉氣流中來，在角部和邊壁區域的顆粒濃度比較低，從而使得沿壁面直接上升被短路到爐膛出口的顆粒數量大大降低。強烈的旋轉也加強了爐內擾動，增加了顆粒在爐內的行程，保證了煤粉顆粒的燃盡。

　　流量大大降低，前墻壁面處的濃度值相對于整個截面來說有所增加，高顆粒濃度區分布在主旋轉氣流的核心位置，改善了著火條件。

　　適當加大假想切圓直徑，對煤粉的著火、燃燒和燃盡都有利，爐膛中的火焰充滿度好。但過大的切圓直徑會使射流沖擊爐墻、含粉氣流貼壁的可能性增大，增大了結渣趨勢。

　　處濃度分布比較均勻A沿前墻（壁面上升的（含粉氣ublishhgHouse.Allrightsreserved. 115mm截面的顆粒數密度和體積濃度圖。與原工況相應截面對比能夠看出，由于上層燃燒器二次風假想切圓直徑加大，使二次風射流的剛性增加，一次風射流的偏轉大為減輕，燃燒器上部區域爐內主旋轉氣流的旋轉強度衰減減慢，沿壁面上升的含粉氣流被主旋轉氣流邊緣部分卷吸，在此截面2結論原工況主旋轉氣流對近壁區和角部含粉氣流的卷吸能力較差，爐膛角部和近壁區的顆粒濃度較高，不僅增大了未完全燃燒熱損失，而且未燃盡的部分流到爐膛出口增大了結渣的可能性。對工況進行改進后，加強了對角部二次旋渦和近壁區含粉氣流的卷吸能力，使角部和貼壁面上升被直t）變化時的y（型參數不確定性及外部干擾的情況下，系統式（1）的輸出變量能較好的跟蹤模型輸出yw間接地跟蹤控制指令r（t），輸出變量之間基本沒有耦合。

　　4結論（1）提出了一種對于可解耦多輸入多輸出線性系統的模型跟隨變結構控制方法，使被控系統在存在內部模型參數攝動和外部干擾的情況下，仍然具有優良的動態性能。