引言某电厂锅炉由上海锅炉有限责任公司设计制造，设备型号为SG-1215/17.5-M742，为亚临界参数、一次中间再热、自然循环、单炉膛、平衡通风、摆动燃烧器四角切圆燃烧、固态排渣、全钢构架，炉顶设大罩壳，炉膛宽14 022 mm，深13 260 mm。锅炉采用正压直吹式制粉系统，配置5台中速磨煤机，燃烧器四角布置，采用切圆燃烧方式以及上下浓淡一次风喷嘴和同心反切燃烧技术，位于炉膛下部四只切角处。每组燃烧器由5只煤粉喷嘴、6只二次风喷嘴、1只燃尽风（OFA）喷嘴和4层分离燃尽风（SOFA）喷嘴组成，3层二次风喷嘴设置了轻油枪。低氮燃烧器改造完成后，炉内的欠氧燃烧现象明显，还原性气体的浓度较高，锅炉出现高温腐蚀现象。锅炉燃烧切圆偏大造成气流刷墙，极易加剧高温腐蚀，造成水冷壁壁厚减薄、应力增大、产生蠕变，甚至损坏而造成爆管。为检验燃烧系统的配风均匀程度，确定二次风挡板特性，研究炉膛火焰充满度和刷墙情况，优化锅炉的燃烧工况，进行锅炉冷态空气动力场试验。1冷态空气动力场试验原理锅炉运行（热态）时，燃料在炉内燃烧，发生复杂的物理反应和化学反应，与锅炉冷态下的等温流动现象不同[1]。依据相似理论得到的冷态试验结果，尤其是与流动相关的参数，与热态试验结果相符。冷态试验需要遵循以下3条原则[2]：（1）几何相似。试验在电厂锅炉实炉内进行，自动满足几何相似的条件。（2）炉内气流的运动状态进入自模化区。根据流体力学原理，黏性流体具有两个自模化区，分别为第一自模化区和第二自模化区。流体在层流范围内，非定性准则数La为常数，与定性准则数Re无关，为第一自模化区；流体处于紊流状态，雷诺数Re超过某一临界值（临界雷诺数Rec）时，非定性准则数Eu为常数，与定性准则数Re无关，为第二自模化区。第二自模化区流体的流动状态只受惯性力影响，不受雷诺数Re影响，流体速度增加不会对流动规律产生影响。锅炉冷态试验中，流动工况处于第二自模化区时，流动规律与热态时相似。因此，应调整冷态试验的雷诺数，使其大于临界雷诺数Rec。四角切圆燃烧器一次风的临界雷诺数Rec约1.48×105，二次风的临界雷诺数Rec约7.5×104。锅炉热态运行时的雷诺数Re均大于临界雷诺数Rec时，流体自动进入第二自模化区；冷态时的雷诺数Re需要大于临界雷诺数Rec，不要求热态和冷态的雷诺数Re相等[3]。（3）边界条件相似。边界条件相似指冷态和热态的各股射流的动量比相等，即冷、热两种状态下，一次风和二次风的动量比相等[4]。以下角码O和M分别代表热态和冷态，下角码1和2分别代表一次风和二次风，下角码p代表煤粉。字母m、w、ρ、t和f分别代表质量流量、速度、密度、温度和喷口面积。相似条件可以表示为：m1Mw1Mm2Mw2M=(m1O+mp)w1Om2Ow2O (1)针对一次风携带煤粉流经燃烧器喷口，可以得到：(m1O+mp)w1O=(ρ1Of1Ow1O+mp)w1O=(1+mpρ1Of1Ow1O)ρ1Of1Ow1O2=(1+kμ)ρ1Of1Ow1O2 (2)式中：k——煤粉流速和气体流速不同时的系数，近似取0.8；μ——一次风中的煤粉质量浓度，kg/kg。考虑质量流量与密度、喷口面积和速度的关系，近似使用理想气体状态方程，得到冷态下一次风和二次风的速度比为：w1Mw2M=w1Ow2Ot2O+273t1O+273(1+kμ) (3)冷态和热态的欧拉数相等，压力和惯性力的比值相等。假如冷态和热态的压力近似相等，2种状态下的惯性力相等。考虑理想气体状态方程可以得到：w2M=w2Ot2M+273t2O+273 (4)根据式（3）和式（4）以及设计参数可以获得冷态空气动力场试验下的一次风速和二次风速[5]。2试验内容与结果分析2.1燃烧器检查进行冷态试验前，对二次风挡板进行检查、校对，检查时发现3号角E层挡板的开度只有0和100%，无中间档位，且0和100%开度的就地值与分布式控制系统(Distributed Control System, DCS)的表盘值相反。将情况汇总，通知检修部门处理，试验前已将问题处理好。燃烧器一次风喷口和二次风喷口的水平度如表1所示。由于一次风喷口设计水平为0°，上摆和下摆设计为±20°，二次风喷口设计水平为0°，上摆和下摆设计为±30°。因此，一次风和二次风的大部分角度并没有达到设计值，尤其是二次风上摆和下摆与设计值相差较大。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.010.T001表1燃烧器一次风喷口和二次风喷口的水平度项目1号角2号角3号角4号角水平一次风-1.92-2.42-3.00-4.30二次风-3.97-0.09-4.80-5.84上摆一次风+14.77+16.68—+8.03二次风+19.34+22.18—+12.55下摆一次风-18.21-14.65-18.00-16.51二次风-20.33-14.71-21.60-18.61注：由于现场原因，3号角上摆无法进行。°2.2一次风风速调平试验启动一次风机及送、引风机，维持正常炉膛负压和磨煤机、密封风机差压，维持常用负荷下一次风管的压力。一次粉管内的测点位置按照网格法布置，利用靠背管和电子微压计对一次风速进行测量，根据总流伯努利方程计算4根一次粉管的风速。一次风速调平前、后的风速与偏差统计如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.010.T002表2一次风速调平前、后的风速与偏差统计项目1号角2号角3号角4号角A磨（不做调整）一次风速/(m/s)28.7627.4929.5826.96相对偏差/%1.99-2.514.90-4.38平均风速/(m/s)28.20B磨（不做调整）一次风速/(m/s)23.6925.2023.9624.06相对偏差/%-2.214.00-1.09-0.69平均风速/(m/s)24.23C磨（调整前）一次风速/(m/s)23.5525.5824.9425.45相对偏差/%-5.322.800.242.28平均风速/(m/s)24.88C磨（调整后）一次风速/(m/s)24.7424.9124.4525.45相对偏差/%-0.580.14-1.732.30平均风速/(m/s)24.89D磨（调整前）一次风速/(m/s)23.7822.5321.6023.51相对偏差/%4.05-1.42-5.512.88平均风速/(m/s)22.86D磨（调整后）一次风速/(m/s)23.3523.2321.7623.06相对偏差/%2.151.62-4.810.88平均风速/(m/s)22.85E磨（不做调整）一次风速/(m/s)27.2427.0025.7026.09相对偏差/%2.751.84-3.03-1.56平均风速/(m/s)26.51各个磨煤机出口的一次风管风速普遍较均匀，仅C磨1号角和D磨3号角处的值略微偏小。调整缩孔后，最大偏差均控制在±5%以内，一次风均匀性较好。2.3二次风小挡板特性试验冷态下，启动引、送风机、一次风机，调节二次风风箱压力至800~1 000 Pa，在燃烧器喷口测量各层各角的二次风喷口风速，分别在二次风挡板开度为20%、40%、60%、80%、100%时进行测量，并做出相应的挡板特性曲线。根据二次风挡板特性曲线，对二次风进行调平。大部分小挡板的调节特性良好，开度为0~60%（或80%）时，对风速、风量进行了有效调整，如1号角AA层二次风挡板；但也存在部分小挡板调节范围偏窄、调节速率较大的情况，如1号角EE层二次风和2号角EE层二次风，挡板开度为40%时，喷口风速达到最大值的约80%，风门挡板曲线较陡；部分二次风小挡板调节存在挡板过开现象，如1号角E层周界风和3号角E层周界风，挡板开度约60%~80%时，风速达到最大风速，之后随着挡板开度增加，风速降低。其中，1号角AA层二次风挡板特性曲线如图1所示。2号角EE层二次风挡板特性曲线如图2所示，3号角E层周界风挡板特性曲线如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.010.F001图11号角AA层二次风挡板特性曲线10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.010.F002图22号角EE层二次风挡板特性曲线10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.010.F003图33号角E层周界风挡板特性曲线2.4炉内空气动力场试验锅炉空气动力场试验中，采用飘带法测量炉内2条“十字”中心线的切向气流风速。炉内切向气流速度场如图4所示。炉内气流形成的切圆居中，但是切圆偏大，切圆半径约5 m，切圆直径约10 m。各个侧墙中心处的刷墙风速较高，约12 m/s，是造成锅炉高温腐蚀的重要原因[6]。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.010.F004图4炉内切向气流速度场3结语（1）试验前对12号炉的二次风挡板以及燃烧器尺寸等进行检查，经过处理，二次风挡板均能够调整灵活且指示准确，为锅炉的热态调整提供了可靠保证。（2）冷态下对12号炉各层的一次风进行了调平，各层一次风风速调平情况良好，风速偏差基本在5%以内。（3）大部分小挡板的调节特性良好，开度为0~60%（或80%）时，内能对风速、风量进行有效调整；但也存在部分小挡板调节范围偏窄、调节速率较大的情况；部分二次风挡板调节上存在挡板过开的现象。（4）从炉内空气动力场的实测情况分析，炉内气流形成的切圆居中，但是切圆直径偏大，约10 m；气流形成的刷墙风速较高，是造成锅炉高温腐蚀的重要原因。