一种流场分布不均匀的磨煤机入口风道优化改造方案

一种流场分布不均匀的磨煤机入口风道优化改造方案

杨扬生 ， 纪洁虹，陈翠贤，王彬

华能海门电厂，广东 汕头 515132

摘 要：针对紧凑型磨煤机入口圆形一次风道结构原理，通过分析冷、热一次风在管道内的流程情况，得出一次风测量偏差的原因，提出均流优化改造，并通过数值模拟证明改造后的确能够很好地改善测量截面流场的均匀性和稳定性，测量截面流速偏差减小，测量准确性提高。

关键词：数值模拟；流场优化；均匀混合器组件

1.前言

目前，燃煤电厂的现场布置越来越紧凑，导致各电厂在不同程度上都存在磨煤机入口一次风量测量偏差过大、波动剧烈等问题，尤其是随着超低排放的全面推进，深度低氮燃烧对一次风量的精确测量提出了更高的要求，越来越多的电厂已经意识到这一问题的重要性。大部分电厂实际运行中磨煤机入口一次风量测量不准确，一次风量控制得较高，从而导致： 1）磨煤机出口粉管磨损加剧；2）燃烧器出口一次风速过大，影响煤粉着火燃烧，不利于锅炉低负荷稳燃；3）冷一次风量同步增加，影响锅炉热效率；4）一次风机电耗增加，严重影响了机组的安全经济运行。为了避免上述情况，当一次风量测量有偏差时，电厂一般会通过大风量运行方式来保证制粉系统运行的安全性。但是这种以严重降低机组运行经济性为代价来换取运行安全性的做法并不是长久之计。

本文针对上述问题，分析造成的偏差的原因，针对原因提出优化解决方案，也为其他项目改造提供了参考。

2.磨煤机入口一次风流场情况

由于现场空间，管道设计等一系列限制因素，电厂磨煤机入口的冷热一次风混合至测量截面之前的直管段比较短，风管结构走向相对复杂，如图一所示。

图一：改造前示意图 图二：改造后示意图

从图一中我们可以看到热、冷一次风混合管道距离较短，在这种布置下，因冷一次风密度、温度以及速度相差于热一次风很大，光靠冷一次风自身动量很难穿透热一次风，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。所以现有的混合段长度根本达不到要求，冷热一次风混合情况非常差，后风道内仍然是一股极不均匀的风，风道内部风温“左右分明”，转角处流体扭转，测量截面处风速方向紊乱不稳定，无法满足风量测量元件正常工作的条件，导致出现测量数据存在较大偏差等问题。

通过流体模拟软件，得到改造前风管道流场在线一次风量测量元件截面流场统计表

从上表可看出，目前磨煤机入口一次风测量截面的流场特别不理想，截面速度分布相对偏差高达30%，温度分布偏差也有9.5%。总的来说，测量截面的流场条件不能够满足测量元件的要求

3.优化改造方案

磨煤机入口一次风测量存在的问题，从流场分析中可得出是由于冷、热混合管道较短以及转角的存在而使得测量截面偏差过大，管道布置已定型，所以改造管道不可行，针对此问题，我们提出均匀混合器组件+导流板+整流格栅的优化改造方案，为在线测量元件获取一个较为稳定且分布均匀的流场。改造示意图如图二。

具体技术优化改造方案如下：

1）在冷热风管道交叉处加装均匀混合器组件。均匀混合器组件将冷一次风从母管中分为3列，3列喷嘴将冷一次风反向地喷入热一次风内，从而增加了冷、热一次风的接触面积和混合时间，使气流得到充分的混合,解决了冷风无法穿透热风而形成温度差的问题。

2）在冷热风混合后第一个弯头加装导流板。为解决转角处流体的扭转现象，我们把导流板设置在风道转角处，以此对进入测量截面的混合风起导向作用让气流能够更加垂直的通过测量截面，气流在通过转角后不会变得很紊乱，为测量截面的测量环境提供了大大的优化。

3）整流格栅。对混合一次风起整流作用，当混合风通过整流格栅后，速度场出现明显的改善，整流前流场极度紊乱，整流后流场则井然有序。但是在风道中设置整流格栅后，压阻也会大幅增加。因此，必须通过CFD数值模拟来确定最大风量工况下均流板的孔隙率和压损之间的定量关系，以保证测量截面的速度均布达到最佳状态。

4.优化改造结果

为了验证此优化改造方案是否具备可行性，我们通过流体软件进行了数值模拟，下图为磨煤机入口改造后的数值模拟结果。可以看出，热、冷一次风在均匀混合器组件的作用下，冷一次风被反向吹入热一次风中，增大了冷、热风的接触面积和混合时间，所以冷风与热风混合的很充分。一次风得到了充分的混合之后，从而消除了的流体高速区和低速区，以及高温区和低温区，测量截面的流场分布均匀性得到了极大提升，测量元件的环境大为改善，完全可以实现在线一次风量的精确测量。并且，磨煤机入口的一次风温度已变得非常均匀性，大大改善了磨煤机入口一次风流场条件。

5.结论

锅炉磨煤机入口一次风量在线测量误差，分析判断现有的风道布置不能满足风量测量的要求所导致，由于混合管道较为短，冷、热一次风混合效果差，结果不均匀混合气流流向测量截面，导致测量截面流体速度和温度都极为不均匀，测量元件根本无法精准测量，混合一次风进入到磨煤机内部，必然会影响磨煤机的安全经济运行。CFD数值模拟计算结果显示，在原始风道条件下，测量元件截面处流体流速相对标准误差达到30%，流体流速分布极为不均匀，；截面处流体温度相对标准误差达到9.5%，高温区和低温区相差过大，对锅炉生产运行安全是巨大隐患。提出均匀混合器组件+导流板+整流格栅的改造优化方案，并通过CFD数值模拟，可以看出，在均匀混合器组件的作用下，冷风被反向喷入热风管道后能够与热风很好的混合，紧接着通过导流板很平稳的通过转角管段，之后通过整流格栅均匀的到达测量元件截面处，为测量提供了良好的条件，进入磨煤机的一次风温度非常均匀，大大改善了磨煤机入口一次风流场条件。

参考文献

1. 彭小敏,胡亮,徐亚峰,梅振峰,陈敏.大型燃煤电厂中速磨煤机入口圆形一次风道均流技术研究 [J].中国科技论文.2017(11).

2. 张广才,高学伟.中速磨煤机入口一次风量数值模拟[J].沈阳工程学院学报.2011(2).

3. 前宇,郭强,毛永青.中速磨煤机入口风量测量问题分析[J].华北电力技术,2009(2):16-21.

作者简历：

杨扬生，男，工程师，华能海门电厂副主任工程师。地址：广东省汕头市潮阳区海门镇洪洞村华能海门电厂，邮编：515132；联系电话：13417171482；

纪洁虹，女，技师，华能海门电厂炉控班班长。地址：广东省汕头市潮阳区海门镇洪洞村华能海门电厂，邮编：515132；联系电话：13682936873

陈翠贤，女，工程师，华能海门电厂机控班。地址：广东省汕头市潮阳区海门镇洪洞村华能海门电厂，邮编：515132；联系电话：13794101009

王彬，男，工程师，华能海门电厂专工。地址：广东省汕头市潮阳区海门镇洪洞村，邮编：515132；电话：13923982132