磨煤机入口冷热风混合流场优化

磨煤机入口冷热风混合流场优化

肖鹏

福建大唐国际宁德发电有限责任公司 福建 宁德 355006

摘 要: 为解决某660MW燃煤机组中速磨煤机入口一次风量测量不准确、通流阻力大限制磨煤机出力等问题,在冷、热一次风混合处加装冷热风混合器，从而使得冷热一次风混合更加均匀；在混合风道后及磨煤机入口弯头处增加导流板及整流格栅，对混合风起到整流作用，提高测量元件截面处流场稳定性。改造后的性能试验表明:磨煤机入口混合风道内温度偏差得到了较大的改善；一次风量测点截面的速度分布非常均匀，一次风速的相对标准偏差降低至8.9%。

关键词：一次风；混合流场；数值模拟；流场优化

引言

燃煤电厂磨煤机入口一次风道内冷、热风掺混不均会导致风速和风温分布不均，从而造成磨煤机入口一次风量测量不准及动态特性差，严重影响锅炉制粉系统、燃烧系统的经济性和稳定性^[1-3]。

与常规方形截面风道相比，圆形的冷热一次风道在布置空间极为紧凑的情况下，混合段的气流分布更不均匀，使得混合管段内流体流速和温度分布不均匀，气流易发生扭转，在风量测量截面产生二次流，加大了准确测量一次风流量的难度^[4-7]。

本文针对某660MW燃煤机组中速磨煤机入口一次风量测量不准确、通流阻力大限制磨煤机出力等问题，在冷、热一次风混合点处加装冷风气流均布器，加强冷热一次风的混合; 在混合风道后加装导流板对混合风起到导流作用，减小混合后一次风阻力。工程应用结果表明，改造方案能够极大提升磨煤机入口一次风流场均匀性，提升了磨煤机入口一次风量在线测量的稳态特性、热一次风门调节的动态特性及磨煤机出力。

1.存在问题及原因

某660MW燃煤机组日常运行中存在一次风量不准确，导致冷、热风以此封门无法投入自动，制约了磨煤机入口风量的正常调节。为保证不发生煤粉在粉管内爆燃的情况，冷风门一直处于较大的开度，这将影响锅炉排烟温度、NO_x排放浓度和风机电耗的控制。

为摸清磨煤机入口风量情况，对各台磨煤机在不同风门开度下进行了风量标定，标定结果显示风量测点线性较差，同样在60t/h的出力情况下，D，磨和E磨测量的一次风量相差32.1t/h，给定标定系数后的DCS表盘风量无法准确反应各工况下实际风量。为进一步摸清磨煤机入口风量，参照《火力发电厂煤粉制备系统设计和计算方法》结合各台磨运行参数对磨入口一次风量进行了热平衡计算，计算结果显示：磨煤机实际运行风量均远高于DCS表盘风量，风煤比已严重失调。

因此，对磨煤机入口风量失真问题进行优化治理十分必要，这有助于运行人员了解实际风量，能够有效降低一次风率，降低炉膛出口NOx，有利于减轻脱硝运行压力。

2.原始模型分析

磨煤机入口一次风由冷一次风与热一次风组成，冷、热一次风通过不同的一次风管进行混合，混合后的一次风不可避免的存在混合不均的现象，主要表现为风温的不均及风速的不均，然而目前的流量测量装置（包括阵列式）无法有效覆盖整个断面，特别是负荷变动时，其对应混合后的流场也随之变动。

为深入分析上述问题产生的原因，对磨煤机前冷、热一次风道的流场和温度场进CFD数值模拟。圆形冷一次风道是从矩形热一次风道正下方渗入，冷、热风混合后1188mm处存在弯头。在这种布置下，冷一次风在连接处附近很难穿透热一次风，冷一次风进入热一次风道后需要很长的混合段才能充满整个截面，现有的混合段长度远无法达到要求，导致在线测量截面处的温度分布不均匀。测量截面上游约4000mm处存在一处 90°急转弯头，气流经过转角后出现明显的涡流和回流，导致现有测量截面的速度分布极其不均匀且不稳定。

原始工况下数值模拟计算获得的速度、温度分布中冷一次风依靠自身动量难以完全穿透热一次风。在冷、热一次风交汇后的水平段，出现了明显的冷热分离，表明冷、热一次风流经风门、混合和上弯头后，流场十分紊乱。测点截面速度偏差最大为12m/s，温度偏差最大为115℃。

3.改造方案及效果

对当前流场存在的问题，通过对磨煤机入口一次风流场优化，提升在线风量测量元件截面处的流场均匀性。具体方案如下:在冷、热一次风混合处加装冷热风混合器，加强冷风对热风渗透作用，使冷热一次风提前混合，从而使得冷热一次风混合更加均匀；在混合风道后及磨煤机入口弯头处增加导流板及整流格栅，对混合风起到整流作用，提高流场稳定性。

采用CFD 数值模拟，对改造方案下流场分布特性进行研究。采用增设冷热风混合器和导流板的方案优化后，大幅增强了磨煤机入口一次风道内冷热风混合效果，从云图中可以清楚地看到，改造后一次风量测点截面的速度和温度分布非常均匀，最大温度偏差由115℃降为8℃，一次风速的相对标准偏差由16%降低至8.5%。改造完成后的性能试验结果与数值仿真结果一致。

4.结论

（1）中速磨煤机前圆形冷一次风插矩形热一次风道依靠自身动量难以完全穿透热一次风，在冷、热一次风交汇后的水平段，出现了明显的冷热分离，故需在冷风渗入点处加装混流器，加强冷热一次风混合效果。在混流后的弯头处加装导流板及整流格栅，对混合风起到整流作用，提高流场稳定性，保证一次风量测点装置处的气流流场稳定性。

（2）改造后的测试结果表明，一次风量测点截面的速度和温度分布非常均匀，特别是温度偏差得到了较大的改善，一次风速的相对标准偏差降低至8.9%。

参考文献：

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