通風(fēng)量對(duì)粉管冷態(tài)風(fēng)量調(diào)平的影響

王衛(wèi)華,王 陽(yáng)

(北京華科同和科技有限公司,北京 100045)

0 引 言

同一臺(tái)中速磨煤機(jī)的不同輸粉管道(以下簡(jiǎn)稱粉管)由于走向、長(zhǎng)度、彎頭數(shù)量、垂直高度等的不同,造成管道阻力的偏差[1],這一偏差若不予以消除,將造成同層各燃燒器出口流速、煤粉均勻性的偏差,從而影響爐內(nèi)正常的空氣動(dòng)力工況及穩(wěn)定燃燒,從而導(dǎo)致熱負(fù)荷不均,嚴(yán)重時(shí)甚至破壞正常的水循環(huán)。因此,粉管風(fēng)量相等是鍋爐正常運(yùn)行的前提條件[2]。

粉管風(fēng)量調(diào)平是通過(guò)調(diào)節(jié)各臺(tái)磨煤機(jī)出口粉管上的縮孔以使各粉管最大風(fēng)量相對(duì)偏差值[3]不大于±5%。因熱態(tài)風(fēng)量調(diào)平試驗(yàn)環(huán)境惡劣、測(cè)試結(jié)果誤差大等原因,通常在冷態(tài)環(huán)境下完成粉管風(fēng)量調(diào)平工作,熱態(tài)下進(jìn)行風(fēng)量復(fù)測(cè)縮孔微調(diào)即可。

為使冷態(tài)風(fēng)量調(diào)平試驗(yàn)結(jié)果更具代表性,需要考慮磨煤機(jī)的通風(fēng)量對(duì)粉管冷態(tài)風(fēng)量調(diào)平結(jié)果的影響。

1 理論分析

1.1 粉管阻力

冷態(tài)時(shí),磨煤機(jī)各個(gè)粉管的內(nèi)徑相等,粉管內(nèi)氣流溫度、靜壓、內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度基本相等[4-5],為簡(jiǎn)化計(jì)算,認(rèn)為以上參數(shù)是相等的。

冷態(tài)時(shí),粉管內(nèi)氣流流動(dòng)阻力是摩擦阻力、局部阻力、重力阻力之和。因重力阻力較小,可忽略不計(jì)。

1)摩擦阻力計(jì)算

(1)

式中:pm為摩擦阻力,Pa;λ0為摩擦阻力系數(shù)[6],粉管通常取0.015;L為管道摩擦阻力計(jì)算長(zhǎng)度,m;D為管道當(dāng)量直徑,m;ρ為氣流密度,kg/m3;v為氣流速度,m/s。

2)局部阻力計(jì)算

(2)

式中:pj為局部阻力,Pa;ζ0為局部阻力系數(shù),粉管確定,則ζ0為定值。

3)管道總阻力

(3)

(4)

式中:C是跟粉管相關(guān)的固定系數(shù),稱為粉管總阻力系數(shù)。

1.2 粉管流量

在某處分為幾路,在下游某處又匯合成一路的管道叫并聯(lián)管道,中速磨煤機(jī)的粉管就是典型的并聯(lián)管道。并聯(lián)管道的阻力等于各分管道的阻力,并聯(lián)管道的總風(fēng)量等于各分管道風(fēng)量的總和。

以磨煤機(jī)出口為4根粉管的系統(tǒng)為例[7]:

pz1=pz2=pz3=pz4

q=q1+q2+q3+q4

(5)

q1=v1A1ρ1

由式(4)、式(5)可得

(6)

由式(5)可得

q=(v1+v2+v3+v4)A1ρ1

(7)

由式(6)、式(7)可得

(8)

(9)

式中:pz1、pz2、pz3、pz4為粉管1、2、3、4的管道阻力,Pa;q為總風(fēng)量,kg/s;q1、q2、q3、q4為粉管1、2、3、4的風(fēng)量,kg/s;v1、v2、v3、v4為粉管1、2、3、4的氣流速度,m/s;A1為粉管1截面積,m2;ρ1為粉管1氣流密度,kg/m3;C1、C2、C3、C4為粉管1、2、3、4的阻力系數(shù)。

由以上各式可知,磨煤機(jī)出口各根粉管的風(fēng)量比例是固定的?？傦L(fēng)量變化時(shí),各個(gè)粉管的風(fēng)量成比例變化,各個(gè)粉管風(fēng)量與平均風(fēng)量的偏差保持不變。因此,在進(jìn)行粉管冷態(tài)風(fēng)量調(diào)平時(shí),通風(fēng)量的大小對(duì)調(diào)平結(jié)果無(wú)影響。但是通風(fēng)量較大時(shí),粉管內(nèi)風(fēng)速較高,有利于風(fēng)量的準(zhǔn)確測(cè)量,所以建議在大風(fēng)量工況下進(jìn)行粉管冷態(tài)風(fēng)量調(diào)平試驗(yàn)。

1.3 流量測(cè)量

進(jìn)行粉管冷態(tài)風(fēng)量調(diào)平試驗(yàn)時(shí),采用靠背管和微壓計(jì)測(cè)量磨煤機(jī)各粉管動(dòng)壓、靜壓,通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算磨煤機(jī)粉管一次風(fēng)風(fēng)速,然后根據(jù)風(fēng)速計(jì)算粉管風(fēng)量。實(shí)際粉管風(fēng)速測(cè)孔所在位置一般都不能滿足前后直管段的要求,因此需要進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量?？刹捎脤?duì)數(shù)-線性法或?qū)?shù)-契比雪夫法求粉管平均流速。

2 實(shí)例計(jì)算

對(duì)某電廠中速磨煤機(jī)進(jìn)行粉管冷態(tài)風(fēng)量調(diào)平試驗(yàn)。在大風(fēng)量工況進(jìn)行風(fēng)量調(diào)平,然后小風(fēng)量工況復(fù)測(cè)粉管風(fēng)量,對(duì)比各個(gè)工況下粉管風(fēng)量偏差,數(shù)據(jù)如表1所示,各個(gè)工況的參數(shù)如表2所示。

表1 風(fēng)量調(diào)平試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算

在工況1大風(fēng)量工況下進(jìn)行粉管冷態(tài)風(fēng)量調(diào)平試驗(yàn),通過(guò)反復(fù)調(diào)整各個(gè)粉管縮孔開(kāi)度,最終各個(gè)粉管的風(fēng)量偏差保證在±3%以內(nèi)。

在工況2中風(fēng)量、工況3小風(fēng)量工況下進(jìn)行粉管風(fēng)量復(fù)測(cè),各個(gè)粉管的風(fēng)量偏差仍然保持在±3%以內(nèi),且各個(gè)粉管風(fēng)量偏差與工況1相似。工況2、3中各個(gè)粉管風(fēng)量偏差與工況1有細(xì)微差別,這與風(fēng)量測(cè)量誤差有關(guān)。

工況1中4根粉管動(dòng)壓算術(shù)平均值為681 Pa,大于工況2、3的4根粉管動(dòng)壓算術(shù)平均值511 Pa和245 Pa。較大的動(dòng)壓值可以減少動(dòng)壓測(cè)量誤差,進(jìn)而減少粉管冷態(tài)風(fēng)量調(diào)平的誤差,使得冷態(tài)風(fēng)量調(diào)平數(shù)據(jù)更具代表性。

工況1、2、3粉管內(nèi)氣流流動(dòng)的雷諾數(shù)分別為13.8×105、11.9×105和8.2×105,均大于105,已經(jīng)進(jìn)入自模化區(qū)[8],即氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不隨雷諾數(shù)的增加而變化,當(dāng)速度和雷諾數(shù)增加時(shí),只有空間各點(diǎn)速度絕對(duì)值按比例增加,而其速度場(chǎng)圖形不再變化。工況1、2、3粉管內(nèi)氣流流動(dòng)滿足幾何相似,即在各個(gè)工況下磨煤機(jī)出口粉管長(zhǎng)度及結(jié)構(gòu)沒(méi)有變化。粉管冷態(tài)風(fēng)量調(diào)平試驗(yàn)時(shí),粉管內(nèi)的氣流為純空氣,且各個(gè)粉管只有1個(gè)進(jìn)口、1個(gè)出口,滿足邊界條件相似。由相似原理可知,工況1、2、3相同粉管內(nèi)的氣流流動(dòng)相似,相同粉管的風(fēng)量偏差相似。

3 結(jié) 論

中速磨煤機(jī)的粉管是典型的并聯(lián)管道,并聯(lián)管道的阻力等于各分管道的阻力,并聯(lián)管道的總風(fēng)量等于各分管道風(fēng)量的總和。通過(guò)分析計(jì)算各個(gè)粉管阻力和流量的關(guān)系,得出以下結(jié)論:

1)磨煤機(jī)的各個(gè)粉管阻力不同造成粉管風(fēng)量偏差;

2)純空氣下,粉管氣流流動(dòng)阻力與流速的平方成正比;

3)各個(gè)粉管風(fēng)量按固定比例分配,與總風(fēng)量大小無(wú)關(guān),風(fēng)量分配比例與粉管阻力相關(guān);

4)通風(fēng)量對(duì)粉管風(fēng)量調(diào)平結(jié)果無(wú)影響;

5)通風(fēng)量越大越有利于粉管風(fēng)量的準(zhǔn)確測(cè)量。

實(shí)際進(jìn)行粉管冷態(tài)風(fēng)量調(diào)平試驗(yàn)時(shí),粉管風(fēng)速測(cè)孔所在位置一般不能滿足前后直管段的要求,因此需要進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量。實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,在不同的通風(fēng)量工況下,各個(gè)粉管的氣流流動(dòng)相似,各個(gè)粉管的風(fēng)量偏差相似。