某發電廠鍋爐存在燃燒器水冷套管爆管頻繁、飛灰與爐渣可燃物偏高、燃燒不穩定等問題。為了解決以上問題，保證鍋爐安全經濟運行，對該爐燃燒器進行改造。為了檢查改造效果，掌握爐內空氣動力場情況，對鍋爐進行冷態空氣動力場試驗。
一、鍋爐概況
    本鍋爐為單汽包、自然循環、集中下降管、π型布置的固態排渣煤粉爐，露天布置。鍋爐前部為爐膛，四周布滿膜式水冷壁。爐頂、水平煙道及轉向室設置了膜式壁結構的頂棚管和包墻管。尾部豎井煙道中交錯布置兩級省煤器和空氣預熱器。本鍋爐采用直流式煤粉燃燒器，正四角布置、切向噴燃，假想切圓為+600mm，采用鋼球磨，中間儲倉熱風
送粉系統。
    2011年由鍋爐廠提供新的一次風鈍體8只及一次風噴嘴的一側缺口封堵材料8件。本次試驗前更換現有鈍體并封去一次風噴嘴的一側缺口，以減少漏粉，改善燃燒工況。同時為提高鍋爐總風壓，采取了以下解決措施：①燃燒器三次風周界風的風門擋板，原開孔4x8只需改為4x2只，即每塊擋板僅保留1孔，其余用碳鋼板焊接封堵。②燃燒器上、中、下三層二次風噴嘴的上下間隙也需用鋼板焊接封堵，以減少不經過噴嘴的漏風，提高二次風壓（為使噴嘴能上下擺動，留間隙5 mm），富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒秸稈顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
二、試驗原理及方法
    鍋爐冷態時爐膛氣流工況為常溫等溫穩定強迫流動，而熱態爐膛氣流為高溫不等溫穩定強迫流動，其存在著較大差別”。但由于爐內氣體速度場分布主要取決于作用于氣體質點上的慣性力與黏性力的比值。因此，可以借助冷態模化試驗來對熱態爐內工況進行模擬。根據相似原理，進行爐內冷態模化試驗時應遵守的三個原則：幾何相似，保持氣流運動狀態進入自模化區，邊界條件相似…。在冷態試驗時只需使氣流運動狀態進入自模化區，由于雷諾數反映了氣流慣性力與黏性力之比。當Re變化，氣體速度場圖譜也變化，且隨RP增大而增大，當Re增大到某一臨界值，速度場圖譜不再隨Re變化，即滿足歐拉準則Eu=f(Re)=C(常數)，此時慣性力是決定因素，黏性力的影響可以忽略，氣流質點的運動軌跡主要受慣性力支配而不受Re影響，即氣流運動狀態進入自模化區。一般鍋爐在Re≥105時就進入了自模化區：通過調節送、引風機擋板和各小風門擋板將噴口出口速度調節到模似速度值，經過穩定再進行冷態工況模擬試驗，利用風速儀等測量工具進行風速的測量，以確定它們運動的速度場，進行飄帶和紙屑示蹤，了解其整個爐內動力場的狀況：
三、試驗內容
1．一、二和三次風的漏風試驗啟動引風機、送風機、排粉機，全關一、二、三次風擋板，調整送風機和引風機擋板，使送風機總風壓維持不變，爐膛負壓維持正常值，用風速儀測量各噴口風速，作好記錄。
    2．調平一次風速
    全開各一次風門及縮孔，調整送風量及二次風總門，維持一次風總風壓不變，用標準畢托管測量一次風噴口風壓，調節縮孔開度，調平各一次風噴口風壓（即一次風速），一次風調平，維持縮孔開度不變，調整一次風總風壓，校驗各一次風噴口風壓。
    3．二次風門擋板阻力特性進行測定
    在風門開度0%、25%、50%、75%和100%的開度下，維持一次風總風壓不變，用標準皮托管分別測量各二次風噴口的動壓，計算繪制出各二次風門開度與二次風噴口風速的關系曲線。
    4．調平三次風速
    開啟排粉機入口檔板，全開三次風小風門和再循環風門，以最小風速三次風為準，調平其他三角風速，記錄各三次風門開度。根據調平開度，按比例縮小三次風門開度，全開排粉機入口擋板，調節三次風速至48 m/s（熱態），記錄各小風門開度。
    5．空氣動力場測試
    在試驗過程中維持一次風壓，三次風維持調平好的設計風速，調整各二次風門開度。
    (1)用風速儀測量十字拉線各飄帶處的風速，繪切圓。
    (2)用長飄帶在各噴口處顯示氣流軌跡，觀察一、二次風射流情況，特別是一次風是否偏斜及貼墻。
    (3)將紙屑從四角一次風噴口和爐膛中心處撒出，觀察氣流在爐膛內的流動方向。
    (4)在距水冷壁80 mm處每隔350 mm測量風速，繪制貼壁風速。
四、試驗結果及分析
    1．風門漏風試驗記錄如下
    從表1可以看出，各三次風存在一定的漏風，但比較均勻。A下二次漏風較大，各一次風門嚴密性較好。
    2．-次風配風均勻性試驗
    一次風調平后數據如下，從表2可以看出來，一次風調平效果良好，保證了一次風配風均勻性。
    3．二次風門擋板阻力特性測定
    調平二次風總風門，全開各二次風小風門，調整A、B、C、D手動二次風總門，維持一次風總風壓不變，以最小角風壓為基準，將四個角二次風風箱風壓調平定值。用標準皮托管分別測量各二次風噴口的動壓，計算繪制出上、中、下各層二次風門開度與二次風噴口風速的關系曲線合格。
    4．三次風配風均勻性試驗
    調平到至設計風速39 m/s后測試數據如下，從表3可以看出，三次風調平效果較好。
    5．爐內空氣動力場試驗分析
    從截面風速圖和貼壁風速圖可以觀察爐內最大速度切圓直徑和在爐膛位置，分析出爐內火焰的充滿度，以及各爐墻貼壁風速，判斷氣流有無明顯刷墻、貼壁現象。風速圖和紙屑示蹤試驗結果顯示，在倒縮腰配風方式下，火焰充滿度愈大，爐膛利用程度愈高，爐內停滯區渦流區小。因此選擇可以使爐內氣流混合良好，旋轉正常，在爐內停留時間較好的倒縮腰配風方式作為運行調整參考工況。
五、結論
    通過鍋爐冷態試驗，可以了解判別爐膛空氣動力工況的優劣，對于煤粉鍋爐來說，爐內溫度較低，因此加強氣流對水冷壁的擾動可以加強對流換熱，有利于提高鍋爐的出力。本次試驗結果顯示爐內空氣動力場分布均勻，滿足設計和安裝要求，但由于熱態爐膛內是不等溫的，各處存在一定的溫度梯度，氣流密度和黏度有差別，因此，冷態測試結果只能作為實際鍋爐燃燒調整的參考。


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