CN102980740B - 旋流燃烧器冷态空气动力场测量方法及专属测量仪器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种新的旋流燃烧器特性测量方法及测量仪器；该项发明能够测量出不同运行工况下旋流燃烧器回流区的位置及大小，为热态运行提供参考。本发明具有结构简单、易于实施、未给机组带来附加设施、操作方便、安全可靠的优点。

Description

旋流燃烧器冷态空气动力场测量方法及专属测量仪器

技术领域

 本发明主要属于火力发电的技术领域，特别是涉及旋流燃烧器冷态空气动力场的测量方法及所专用的仪器。

背景技术

近几年，随着锅炉容量的增加，炉膛的断面也相应增加，为了能够使热量输入沿炉膛宽度方向较均匀分布，一般只须调整炉膛宽度来增加炉膛断面，相比于直流燃烧器，旋流燃烧器存在自稳燃性好、热负荷分配均匀的特点，因此随着机组大型化，旋流燃烧器得到了更为广泛的应用。但在实际生产过程中，受旋流燃烧器结构复杂以及热态运行机械零部件受热膨胀后难以调整等因素的限制，旋流燃烧器进行冷态空气动力场试验势在必行。另外，受近几年电厂煤源供应紧张、煤价上涨等因素的影响，大多数电厂很难燃用设计煤质，这样原设计的旋流燃烧器难以适应不同燃烧特性的新煤种带来的变化。很多电厂出现不同程度锅炉严重结焦、燃烧器烧损、灰渣可燃物含量高、燃烧稳定性差等问题，严重影响着机组的安全性和经济性。

所以通过冷态空气动力场试验分析并掌握旋流燃烧器的燃烧特性，并根据不同燃烧工况和不同煤质进行调整成为日益突出和亟待解决的课题。

发明内容

发明目的： 本发明提供了一种旋流燃烧器冷态空气动力场测量方法及专属测量仪器，其目的在于掌握燃烧器的特性，以便在锅炉启动后解决因燃烧所引起的炉严重结焦、燃烧器烧损、灰渣可燃物含量高、燃烧稳定性差等问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的：

一种旋流燃烧器冷态空气动力场测量方法，其特征在于：取旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器，该仪器包括支撑杆、连接杆、风车片和支撑架；风车片安装在连接杆上，连接杆设置在支撑杆上，连接杆与支撑杆轴向垂直，支撑杆设置在支撑架上，风车片可以随风自由的沿连接杆的轴向前后移动；

具体测量方法如下：

①、确定旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的安装位置：

确定纵向安装位置：

测量燃烧器外沿直径尺寸，根据射流衰减规律，确定在风口0.5倍直径处、1.0陪直径处、1.5陪直径处、2.0陪直径处以及3.0倍直径处位置为安装旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的纵向位置；

在确定完安装旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的纵向位置后再确定横向安装风车片数量：

一般前后墙对冲燃烧的大型锅炉旋流燃烧器间距为4m左右，考虑相邻燃烧器对测量结果的影响，0.5倍直径位置的旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的支撑杆3长度定为3.1m，安装30个风车片，1.0倍直径位置的支撑杆3长度定为4.1m，安装40个风车片，1.5倍直径位置的支撑杆3长度定为4.1m，安装40个风车片，2.0倍直径位置的支撑杆3长度定为5.1m，安装50个风车片，3.0倍直径位置的支撑杆3长度定为6.1m，安装60个风车片；

②、按照冷态模化的工况进行锅炉冷态空气动力场试验，根据风车片随风飘动的位置，确定该位置的风向，进而确定旋流燃烧器出口的回流区以及扩散角大小；根据不同工况的测量结果，确定合理的一、二、三风的风量、风比例及风速、旋流强度等设置方式和调整量。

根据相似原理确定冷态一、二、三次风比例及风速：

根据相似原理，锅炉冷态空气动力场试验应遵守以下原则：

（1）几何相似

由于冷态试验和热态运行是同一台锅炉，因此满足几何相似条件；

（2）保证空气流动状态进入自模区

锅炉稳定运行时，炉内的气流工况属于粘性流体不等温的稳定受迫运动，对流动过程起主要作用的是雷诺准则：                                               ，它表明了流体惯性力与粘性力的比值；在等温流动时，它决定了气流运动的阻力特性；

所谓气流运动状态进入自模化区，是指当大于某定值后，惯性力起决定性因素，粘性力的影响可以忽略；对于旋流燃烧器≥1.8×10⁵时即可进入自模化区；

燃烧器冷态达到自模化区的最小风速按下式测算：

                             （1）

式中：—— 燃烧器喷口冷态自模化区的最小风速，m/s；

      —— 空气动力粘度，温度20℃时取为15.2×10^-6m²/s；

      —— 雷诺数，取为1.8×10⁵；

      ——喷口当量直径，m。

（3）边界条件相似

边界条件相似是指热态条件下通过燃烧器进入炉内的各股气流动量比与冷态条件下各股气流的动量比相等，遵循下式：

                         （2）

其中：冷态时一、二次风密度相等，即 ；

由于热态一、二次风温较高，静压对流体密度影响较小，可以忽略，则热态二次风的密度为：

                       （3）

考虑到煤粉浓度与空气之间的速度差的影响，热态一次风粉的密度为：

                   （4）

由此可以推导得出冷态试验的喷口风速比的计算公式，即：

                （5）

其中：—— 煤粉相对于一次风气流的滞后系数，通常取为0.8；

      —— 一次风中煤粉的质量浓度，为0.596kg/kg；

、——设计热态工况喷口一、二次风温，℃；

冷态燃烧器三次风速为

                     （6）

锅炉设计热态一次风温为66℃，二次风温、三次风温均为318℃，热态一次风速为 =22.6m/s，二次风速为=13.9m/s，三次风速为=48.3m/s；取冷态时二次风速=6.5m/s，按公式（5）计算的冷态一次风速=17m/s，按公式（6）计算冷态时三次风速=22.6m/s；即当燃烧器喷口冷态一次风速为17m/s、二次风速为6.5m/s、三次风速为22.6m/s时，满足燃烧器冷、热态一、二、三次风动量比相等的原则，并且也能保证气流进入自模化状态。

同一支撑杆上的相邻两连接杆的距离为100mm。

如上所述的旋流燃烧器冷态空气动力场测量方法中所应用的旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器，其特征在于：该仪器包括支撑杆、连接杆、风车片和支撑架；风车片安装在连接杆上，连接杆设置在支撑杆上，连接杆与支撑杆轴向垂直，支撑杆设置在支撑架上，风车片可以随风自由的沿连接杆的轴向前后移动。

同一支撑杆上的相邻两连接杆的距离为100mm。

相邻的两个支撑杆之间通过连接杆连接。

优点及效果：本发明提供一种旋流燃烧器冷态空气动力场测量方法及专属测量仪器，根据燃烧器尺寸，在燃烧器正前方的轴向的0.5倍直径、1.0陪直径、1.5陪直径、2.0陪直径以及3.0倍直径位置放置事先安装好的测量仪器，将燃烧器的旋流强度及风量调节装置调整到设想的工况，根据试验过程中风车位置，测量出此工况的回流区、扩散角等参数。根据不同工况下测量的回流区、扩散角等个参数对比，给出合理的旋流强度及风量调整方向及调整量，改善燃烧，进而解决锅炉存在的各种问题。

具体优点及效果如下：

该项技术提出了一种新的旋流燃烧器特性测量方法及测量仪器；该项发明能够测量出不同运行工况下旋流燃烧器回流区的位置及大小，为热态运行提供参考。本发明具有结构简单、易于实施、未给机组带来附加设施、操作方便、安全可靠的优点。

附图说明：

图1为本发明的测量仪器走哪壶抓奶哥位置示意图；

图2为本发明的测量仪器的结构示意图；

图3为图2的侧视图；

图4 为工况1流场图；

图5 为工况2流场图；

图6 为工况3流场图；

图7 为工况4流场图；

图8 为工况5流场图；

图9 为工况6流场图。

实施方式：下面结合附图对本发明作近一步说明：

如图1所示，本发明提供一种旋流燃烧器冷态空气动力场测量方法，取旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器，该仪器包括支撑杆3、连接杆4、风车片5和支撑架6；风车片5安装在连接杆4上，连接杆4设置在支撑杆3上，连接杆4与支撑杆3轴向垂直，支撑杆3设置在支撑架6上，风车片5可以随风自由的沿连接杆4的轴向前后移动。同一支撑杆3上的相邻两连接杆4的距离为100mm，这样可以保证测量的效果。图中的标号1表示扩口，2表示水冷壁。图中的0.5D表示0.5倍直径的距离，1D表示1倍直径的距离，图中标号为A的箭头表示中心风，标号为B的箭头表示一次风，C箭头表示二次风，D箭头表示三次风。

具体测量方法如下：

①、确定旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的安装位置：

确定纵向安装位置：

测量燃烧器外沿直径尺寸，根据射流衰减规律，确定在风口0.5倍直径处、1.0陪直径处、1.5陪直径处、2.0陪直径处以及3.0倍直径处位置为安装旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的纵向位置，具体的位置方向关系见图1图4至图9；

在确定完安装旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的纵向位置后再确定横向安装风车片数量：

一般前后墙对冲燃烧的大型锅炉旋流燃烧器间距为4m左右，考虑相邻燃烧器对测量结果的影响，0.5倍直径位置的旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的支撑杆3长度定为3.1m，安装30个风车片，1.0倍直径位置的支撑杆3长度定为4.1m，安装40个风车片，1.5倍直径位置的支撑杆3长度定为4.1m，安装40个风车片，2.0倍直径位置的支撑杆3长度定为5.1m，安装50个风车片，3.0倍直径位置的支撑杆3长度定为6.1m，安装60个风车片；

②、按照冷态模化的工况进行锅炉冷态空气动力场试验，根据风车片随风飘动的位置，确定该位置的风向，进而确定旋流燃烧器出口的回流区以及扩散角大小；根据不同工况的测量结果，确定合理的一、二、三风的风量、风比例及风速、旋流强度等设置方式和调整量，为热态运行调整提高合理的指导意见。

根据相似原理确定冷态一、二、三次风比例及风速：

根据相似原理，锅炉冷态空气动力场试验应遵守以下原则：

（1）几何相似

由于冷态试验和热态运行是同一台锅炉，因此满足几何相似条件；

（2）保证空气流动状态进入自模区

锅炉稳定运行时，炉内的气流工况属于粘性流体不等温的稳定受迫运动，对流动过程起主要作用的是雷诺准则：，它表明了流体惯性力与粘性力的比值；在等温流动时，它决定了气流运动的阻力特性；

所谓气流运动状态进入自模化区，是指当大于某定值后，惯性力起决定性因素，粘性力的影响可以忽略；对于旋流燃烧器≥1.8×10⁵时即可进入自模化区；

燃烧器冷态达到自模化区的最小风速按下式测算：

                             （1）

式中：—— 燃烧器喷口冷态自模化区的最小风速，m/s；

      —— 空气动力粘度，温度20℃时取为15.2×10^-6m²/s；

      —— 雷诺数，取为1.8×10⁵；

      ——喷口当量直径，m。

（3）边界条件相似

边界条件相似是指热态条件下通过燃烧器进入炉内的各股气流动量比与冷态条件下各股气流的动量比相等，遵循下式：

                         （2）

其中：冷态时一、二次风密度相等，即 ；

由于热态一、二次风温较高，静压对流体密度影响较小，可以忽略，则热态二次风的密度为：

                       （3）

考虑到煤粉浓度与空气之间的速度差的影响，热态一次风粉的密度为：

                   （4）

由此可以推导得出冷态试验的喷口风速比的计算公式，即：

                （5）

其中：—— 煤粉相对于一次风气流的滞后系数，通常取为0.8；

      —— 一次风中煤粉的质量浓度，为0.596kg/kg；

、——设计热态工况喷口一、二次风温，℃；

冷态燃烧器三次风速为

                     （6）

锅炉设计热态一次风温为66℃，二次风温、三次风温均为318℃，热态一次风速为 =22.6m/s，二次风速为=13.9m/s，三次风速为=48.3m/s；取冷态时二次风速=6.5m/s，按公式（5）计算的冷态一次风速=17m/s，按公式（6）计算冷态时三次风速=22.6m/s；即当燃烧器喷口冷态一次风速为17m/s、二次风速为6.5m/s、三次风速为22.6m/s时，满足燃烧器冷、热态一、二、三次风动量比相等的原则，并且也能保证气流进入自模化状态。

本发明在实施时最好先确定一下工况：

一、二、三次风的通风量、旋流强度等参数对旋流燃烧器的运行工况影响较大，例如，在二、三次风量不变的情况下，提高一次风速，回流区推向炉膛中心，着火点推迟，燃尽率以及燃烧稳定性下降，反之，一次风率降低，回流区退向燃烧器方向，着火点提前，燃尽率以及燃烧稳定性升高。为此，在进行冷态空气动力场试验时，需要根据机组存在的问题以及燃烧器结构特性提前确定有针对性的试验工况。

另外，本发明还提出一种旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器，该仪器包括支撑杆3、连接杆4、风车片5和支撑架6；风车片5安装在连接杆4上，连接杆4设置在支撑杆3上，连接杆4与支撑杆3轴向垂直，支撑杆3设置在支撑架6上，风车片5可以随风自由的沿连接杆4的轴向前后移动。

同一支撑杆3上的相邻两连接杆4的距离为100mm。

相邻的两个支撑杆3之间通过连接杆7连接。

下面是本发明在国电大连庄河发电有限责任公司中的试验实施例：

国电大连庄河发电有限责任公司锅炉为HG-1950/25.4-YM3型锅炉，采用П型布置，单炉膛，尾部双烟道，全钢架，悬吊结构，燃烧器前后墙布置、对冲燃烧，前后墙各3层，每层布置5只LNASB燃烧器。炉膛断面尺寸为22.187m宽、15.632m深。

本发明应用于2008年10月在1号机组上实施。实施后效果良好，锅炉存在的炉渣可燃物含量高、稳燃能力差、锅炉结焦等问题得到很好的解决。

试验结果及分析

对某个燃烧器共进行了6个工况的试验，试验工况见表1。

表1 燃烧器试验工况

工况

1

2

3

4

5

6

二次风套筒挡板

最大

最小

最小

最大

中等

最大

二次风旋流器

最大

最大

最小

最小

中等

最大

注：工况6一次风速由17m/s提高到19m/s。

工况1：一次风速17m/s，二次风速8m/s，三次风速22m/s，二次风套筒挡板开度最大，二次风旋流器旋流强度最大。二次风套筒挡板上部拉杆燃烧器面板外侧195mm，下部拉杆230mm，二次风旋流器上部拉杆燃烧器面板外侧110mm，下部拉杆120mm。流场见图4，射流扩散角89.2度，回流区起始点在0.4D左右，回流区最大宽度2D，回流区较长。

工况2：一次风速17m/s，二、三次风总风量不变，二次风套筒挡板开度最小，二次风旋流器旋流强度最大。二次风套筒挡板上部拉杆燃烧器面板外侧65mm，下部拉杆100mm，二次风旋流器上部拉杆燃烧器面板外侧110mm，下部拉杆120mm。流场见图5，射流扩散角89.2度，流场向喷口右侧偏斜，回流区起始点在0.5D左右，回流区最大宽度2.3D，回流区较长。

工况3：一次风速17m/s，二、三次风总风量不变，二次风套筒挡板开度最小，二次风旋流器旋流强度最小。二次风套筒挡板上部拉杆燃烧器面板外侧65mm，下部拉杆100mm，二次风旋流器上部拉杆燃烧器面板外侧265mm，下部拉杆275mm。流场见图6，射流扩散角60.3度，回流区起始点为0.1D左右，离喷口较近，热态时容易烧损喷口，回流区最大宽度2.2D，回流区长度较长。

工况4：一次风速17m/s，二、三次风总风量不变，二次风套筒挡板开度最大，二次风旋流器旋流强度最小。二次风套筒挡板上部拉杆燃烧器面板外侧195mm，下部拉杆235mm，二次风旋流器上部拉杆燃烧器面板外侧265mm，下部拉杆275mm。流场见图7，射流扩散角78.7度，流场向喷口右侧偏斜，回流区起始点0.4D左右，回流区最大宽度2.3D，回流区较长。

工况5：一次风速17m/s，二、三次风总风量不变，二次风套筒挡板开度中等，二次风旋流器旋流强度中等。二次风套筒挡板上部拉杆燃烧器面板外侧130mm，下部拉杆170mm，二次风旋流器上部拉杆燃烧器面板外侧195mm，下部拉杆210mm。流场见图8，射流扩散角84.8度，回流区起始点在0.5D左右，回流区最大宽度2.3D，回流区较长。

工况6：一次风速19m/s，二、三次风总风量不变，二次风套筒挡板开度最大，二次风旋流器旋流强度最大。二次风套筒挡板上部拉杆燃烧器面板外侧195mm，下部拉杆230mm，二次风旋流器上部拉杆燃烧器面板外侧110mm，下部拉杆120mm。流场见图9，射流扩散角84.8度，回流区起始点在0.4D左右，回流区在起始的1D内较窄，回流区最大宽度2.2D，回流区较长。

表2 B3燃烧器各工况参数对比表

旋流燃烧器冷态空气动力场6个试验工况的流场主要参数见表2。煤粉气流的着火点一般距离燃烧器出口约0.5m处为好，着火过早，将在燃烧器周围形成严重的结渣，甚至烧坏燃烧器喷口。着火过迟，将影响煤粉在炉内的完全燃烧程度，降低锅炉效率。从表2和附图6中可以看出，工况3着火点过早，容易烧坏燃烧器。从图9中可以看出，随着一次风率增加，形成的回流区变窄。通过比较发现，工况1比工况6更合理。由于高温烟气与煤粉气流间的对流换热是煤粉着火的主要热源，所以，组织好炉内高温烟气的合理流动是改善着火性能的重要措施。实践证明，适当的中心回流区，有助于煤粉火焰的稳定。通过比较工况1、2、4和5，发现工况1扩散角较大，中心负压回流区大小适中，卷吸来自炉膛深处的高温烟气能力较强，使足够的高温烟气被卷吸到煤粉气流的根部，着火稳定性增加。另外，较强的二次风可以有效防止三次风与一次风混合过早，对着火和稳燃有利。

通过以上分析，最终确定工况1为最佳工况，其它燃烧器的二次套筒挡板拉杆和二次风旋流器拉杆均参照工况1进行调整。通过测量发现，每层5只燃烧器三次风速的偏差较小且大部分三次风套筒挡板在全开位置，所以三次风套筒挡板无需进行调整。

发明应用效果

1 准确掌握了旋流燃烧器特性

当采用本发明进行冷态空气动力场试验后，定性及定量分析出一、二、三次风的风量和旋流强度变化对燃烧效率、燃烧稳定性、结焦倾向等问题的影响。

2 灰渣可燃物含量降低，锅炉热效率提高

通过应用本发明，庄河电厂1号炉燃烧器的二次风套筒、二次风旋流器、三次风套筒等设置到合理的位置，机组热态启动后，炉渣可燃物含量从大修前的6~10%下降到2~4%，飞灰可燃物含量从大修前的3~5%下降到1~3%，锅炉热效率提高1.0个百分点左右，供电煤耗下降3~4g/kwh左右。

3  燃烧稳定性提高

通过合理设置一、二、三次风比例，使着火点控制在0.5D区域附近，避免了脱火等问题发生，锅炉燃烧稳定性大大提高。

4 缓解锅炉严重结焦的趋势

    通过合理设置一、二、三次风比例，锅炉配风更加合理，避免了气流飞边现象的发生，缓解了锅炉严重结焦的趋势。

结论

1 旋流燃烧器冷态空气动力场风车技术的应用，填补了在大型锅炉中旋流燃烧器现场试验研究的空白。

2 旋流燃烧器冷态空气动力场风车技术的应用，能够准确的定性及定量分析出一、二、三次风的风量和旋流强度变化对燃烧效率、燃烧稳定性、结焦倾向等问题的影响。

3 旋流燃烧器冷态空气动力场风车技术的应用，准确掌握了燃烧器的运行特性，为锅炉热态燃烧调整提供了科学依据。

4 当前火力发电厂用煤紧张，电厂很难燃用设计煤质，当旋流燃烧器冷态空气动力场风车技术的应用后，电厂可根据此项技术准确掌握燃烧器特性，据此判断煤质是否适合在此锅炉上燃用。

5  旋流燃烧器冷态空气动力场风车技术的应用后，锅炉热效率提高，供电煤耗下降，机组经济性得到了较大幅度提高。

6旋流燃烧器冷态空气动力场风车技术的应用后，不但锅炉稳燃特性提高，而且严重结焦趋势减弱，机组的安全性得到了大幅度提高。

Claims (6)

1.一种旋流燃烧器冷态空气动力场测量方法，其特征在于：取旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器，该仪器包括支撑杆(3)、连接杆(4)、风车片(5)和支撑架(6)；风车片(5)安装在连接杆(4)上，连接杆(4)设置在支撑杆(3)上，连接杆(4)与支撑杆(3)轴向垂直，支撑杆(3)设置在支撑架(6)上，风车片(5)可以随风自由的沿连接杆(4)的轴向前后移动；

具体测量方法如下：

①、确定旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的安装位置：

确定纵向安装位置：

测量燃烧器外沿直径尺寸，根据射流衰减规律，确定在风口0.5倍直径处、1.0倍直径处、1.5倍直径处、2.0倍直径处以及3.0倍直径处位置为安装旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的纵向位置；

在确定完安装旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的纵向位置后再确定横向安装风车片数量：

一般前后墙对冲燃烧的大型锅炉旋流燃烧器间距为4m左右，考虑相邻燃烧器对测量结果的影响，0.5倍直径位置的旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器的支撑杆3长度定为3.1m，安装30个风车片，1.0倍直径位置的支撑杆3长度定为4.1m，安装40个风车片，1.5倍直径位置的支撑杆3长度定为4.1m，安装40个风车片，2.0倍直径位置的支撑杆3长度定为5.1m，安装50个风车片，3.0倍直径位置的支撑杆3长度定为6.1m，安装60个风车片；

②、按照冷态模化的工况进行锅炉冷态空气动力场试验，根据风车片随风飘动的位置，确定该位置的风向，进而确定旋流燃烧器出口的回流区以及扩散角大小；根据不同工况的测量结果，确定合理的一、二、三风的风量、风比例及风速、旋流强度设置方式和调整量；

根据相似原理确定冷态一、二、三次风比例及风速：

根据相似原理，锅炉冷态空气动力场试验应遵守以下原则：

(1)几何相似

由于冷态试验和热态运行是同一台锅炉，因此满足几何相似条件；

(2)保证空气流动状态进入自模区

锅炉稳定运行时，炉内的气流工况属于粘性流体不等温的稳定受迫运动，对流动过程起主要作用的是雷诺准则：它表明了流体惯性力与粘性力的比值；在等温流动时，它决定了气流运动的阻力特性；

所谓气流运动状态进入自模化区，是指当Re大于某定值后，惯性力起决定性因素，粘性力的影响可以忽略；对于旋流燃烧器Re≥1.8×10⁵时即可进入自模化区；

燃烧器冷态达到自模化区的最小风速按下式测算：

$\mathrm{\ω}=\frac{\mathrm{\γ}\×\mathrm{Re}}{d}---\left(1\right)$

式中：ω——燃烧器喷口冷态自模化区的最小风速，m/s；

γ——空气动力粘度，温度20℃时取为15.2×10^-6m²/s；

Re——雷诺数，取为1.8×10⁵；

d——喷口当量直径，m；

(3)边界条件相似

边界条件相似是指热态条件下通过燃烧器进入炉内的各股气流动量比与冷态条件下各股气流的动量比相等，遵循下式：

${\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_1{\mathrm{\ω}}_1^2}{{\mathrm{\ρ}}_2{\mathrm{\ω}}_2^2}\right)}_l={\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_1{\mathrm{\ω}}_1^2}{{\mathrm{\ρ}}_2{\mathrm{\ω}}_2^2}\right)}_r---\left(2\right)$

其中：冷态时一、二次风密度相等，即(ρ₁)_l＝(ρ₂)_l；

由于热态一、二次风温较高，静压对流体密度影响较小，可以忽略，则热态二次风的密度为：

${\left({\mathrm{\ρ}}_2\right)}_r=1.293\×\frac{273}{273+{\left(t_2\right)}_r}---\left(3\right)$

考虑到煤粉浓度与空气之间的速度差的影响，热态一次风粉的密度为：

${\left({\mathrm{\ρ}}_1\right)}_r=(1+k\×\mathrm{\μ})\×1.293\×\frac{273}{273+{\left(t_1\right)}_r}---\left(4\right)$

由此可以推导得出冷态试验的喷口风速比的计算公式，即：

$\frac{{{\left({\mathrm{\ω}}_1\right)}_l}^2}{{{\left({\mathrm{\ω}}_2\right)}_l}^2}=\frac{{{\left({\mathrm{\ω}}_1\right)}_r}^2}{{{\left({\mathrm{\ω}}_2\right)}_r}^2}\×\frac{{\left(t_2\right)}_r+273}{{\left(t_1\right)}_r+273}\×(1+k\×\mathrm{\μ})---\left(5\right)$

其中：k——煤粉相对于一次风气流的滞后系数，通常取为0.8；

μ——一次风中煤粉的质量浓度，为0.596kg/kg；

(t₁)_r、(t₂)_r——设计热态工况喷口一、二次风温，℃；

冷态燃烧器三次风速为

(ω₃)_l＝(ω₂)_l×(ω₃)_r/(ω₂)_r         (6)。

2.根据权利要求1所述的旋流燃烧器冷态空气动力场测量方法，其特征在于：锅炉设计热态一次风温为66℃，二次风温、三次风温均为318℃，热态一次风速为(ω₁)_r＝22.6m/s，二次风速为(ω₂)_r＝13.9m/s，三次风速为(ω₃)_r＝48.3m/s；取冷态时二次风速(ω₂)_l＝6.5m/s，按公式(5)计算的冷态一次风速(ω₁)_l＝17m/s，按公式(6)计算冷态时三次风速(ω₂)_l＝22.6m/s；即当燃烧器喷口冷态一次风速为17m/s、二次风速为6.5m/s、三次风速为22.6m/s时，满足燃烧器冷、热态一、二、三次风动量比相等的原则，并且也能保证气流进入自模化状态。

3.根据权利要求1所述的旋流燃烧器冷态空气动力场测量方法，其特征在于：同一支撑杆(3)上的相邻两连接杆(4)的距离为100mm。

4.如权利要求1中所述的旋流燃烧器冷态空气动力场测量方法中所应用的旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器，其特征在于：该仪器包括支撑杆(3)、连接杆(4)、风车片(5)和支撑架(6)；风车片(5)安装在连接杆(4)上，连接杆(4)设置在支撑杆(3)上，连接杆(4)与支撑杆(3)轴向垂直，支撑杆(3)设置在支撑架(6)上，风车片(5)可以随风自由的沿连接杆(4)的轴向前后移动。

5.根据权利要求4所述的旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器，其特征在于：同一支撑杆(3)上的相邻两连接杆(4)的距离为100mm。

6.根据权利要求4所述的旋流燃烧器冷态空气动力场测量仪器，其特征在于：相邻的两个支撑杆(3)之间通过连接杆(7)连接。