1　问题的产生　　
　　四角切圆燃烧方式是我国大型电站锅炉普遍采用的一种形式。其主要特点是炉内气流旋转，使炉内中央低压区卷吸炉内介质，从而使燃料、空气和煤粉得以强烈混合，产生良好的燃烧条件；并因上游邻角气流的加热、点燃使煤粉着火、燃烧稳定；而且因炉内旋转气流呈螺旋状上升一直到炉膛出口，延长了煤粉颗粒在炉内的行程，有利于煤粉的燃尽。随着气流的旋转上升，旋转运动逐渐减弱并趋于均匀，可在炉膛出口的折焰角下方仍然存在气流的旋转，尽管分隔屏有一定的消旋作用，但残余旋转依然存在，这就造成了水平烟道左右烟温、烟速偏差。而这种偏差又常常是产生汽温偏差、引起局部超温爆管的重要原因，严重影响了电厂的安全经济运行。
　　随着锅炉容量的增大，燃料消耗量和燃烧所需风量也基本上随容量成正比例增长，旋转强度增加，水平烟道左右烟温、烟速偏差有增大的趋势。国内许多大容量锅炉的运行统计资料也表明锅炉水平烟道两侧的烟温差是随锅炉容量的增加而增加的，表1为国内7个典型电厂锅炉的烟温偏差情况。
　　为了消除水平烟道左右烟温、烟速偏差，人们提出并实施了在过热器、再热器系统加装节流圈、适当增加炉膛高度、部分燃烧器对冲布置和一、二、三次风部分反切等措施，取得了一定的效果。

    在湘潭电厂B厂1025t/h锅炉上采用了三次风反切技术，其燃烧器切圆布置见图1。为了检验三次风反切对消除炉膛出口速度温度偏差的效果，防止过热器局部超温爆管，特进行了冷态试验、热态试验及数值模拟研究。

2　三次风反切消旋冷态试验　　
　　结合湘潭电厂B厂1 025 t／h锅炉调试阶段的冷态通风试验，进行了三次风反切效果冷态试验。试验中维持二次风压1．0 kPa，二次风平均风速29．6m／s，一次风压2．3 kPa，一次风速22．5 m／s，开启4，3，2，0台排粉机，并基本保证各三次风管风速在43．5 m／s左右，进行炉膛出口速度分布实际测量。试验中一、二次风速及配风方式不变，仅增减排粉机投运台数，因此试验中各工况总通风量有所变化。
　　图2为炉膛出口平均法向速度沿炉宽的分布图，表2为炉膛出口左右平均法向速度对比。
　　

　　分析图2表2不难看出：无排粉机投运时，炉膛出口左右平均法向速度偏差较大（达47．15％），逐步投入排粉机后，这种偏差逐渐减小。4台排粉机投运时，炉膛出口左右速度偏差仅为5．06％。可见三次风反切对消除炉膛出口左右速度偏差效果明显。

3　三次风反切消旋数值模拟计算
3．1　数学模型
　　锅炉炉内的气体流动为三维湍流反应流，其平均流可视为稳态流，因此，可用通常的守恒方程进行描述。对于湍流则采用标准的k－ε湍流模型。气体流动模型包括三维的连续性方程、动量方程及湍流动能k和湍流动能耗散率ε的2个输运方程，可统一表达为以下形式：

式中Φ代表所有的气相变量，如速度的3个分量u，v，W，压力P、湍流动能k及其耗散率ε

　　
　　因变量Φ的通用守恒方程都由3项组成，即对流项、扩散项和源项。动量方程的源项S_Φ中包括体积力，在速度W的动量方程中还包括重力项。为了保证计算稳定，动量源项中还包含了附加的应力项。k和ε方程的源项S_Φ则只包含了湍流产生项。S_PΦ是由于气相场中存在固体颗粒而产生的源项，本计算中取0。
　　计算中将计算区间离散为57×45×122的正交非均匀网格（其中炉膛部分为45×45×122），采用控制容积法推导差分方程，为减小因数值伪扩散而造成的模拟误差，计算中使用27点差分格式，差分方程的求解采用压力——速度校正的SIMPLER方法。模拟中入流边界条件完全采用试验测量值，以便进行现场实验与模拟研究的对比。
3．2　计算结果及分析
　　图3、图4分别给出的是缩腰配风工况下，0，2，3和4台磨煤机运行时最上层三次风截面速度和炉膛出口断面法向速度的分布图。由图可见，随投入磨煤机的数量增加（即反切的三次风投入运行的对数增加），炉膛上部逆时钟旋转速度和炉膛出口的速度偏差将逐渐减小。在计算中，粗略地认为其它各风口的风速不因磨煤机投入台数的增加而发生变化，因而模拟得到的平均风速随投入磨煤机台数的增加而增大，对出口速度偏差改善的程度也因而不如实际的明显。比较模拟结果与现场测量数据可知，模拟三次风反切效果没有现场测量效果好，这主要有2方面的原因：a．测量与模拟均有一定的误差；b．分隔屏和后屏对消除气流旋转有一定的作用，但计算中进行了不考虑屏式受热面对炉膛出口流动影响的假设。

4　三次风反切消旋热态试验　　
　　在锅炉上进行了300 MW负荷下三次风反切消旋热态试验。在保证两粉仓粉位3．5m以上的基础上，先全停制粉系统，再逐部投入制粉系统，直至4套制粉系统全开，定期记录炉膛出口左右烟气温度（末级过热器和末级再热器之间，标高为55．6m处的炉左炉右热电偶，插入炉膛深度为500 mm，数据在CCS上显示。为保证试验的准确性，试验开始前对热电偶进行了校验）。试验中制粉系统投运正常5 min后，炉膛出口温度基本上稳定。由于制粉系统投退对粉位、燃烧、汽温等的影响较大，因此整个试验仅进行了2 h。试验安排及基本情况见表5，炉膛出口左右烟气温度变化曲线见图5。

    试验表明：无三次风反切时，炉膛出口（左／右）烟气温度差最大，达122℃，逐步投入制粉系统后，左右烟气温度差逐步减小，4套制粉系统投运时，炉膛出口左右烟气温度偏差基本消失，仅22℃；首套制粉系统投运时，三次风反切消旋的作用最大，随制粉系统投运套数的增加，三次风反切消旋的作用逐渐减弱。

　　三次风反切对消除锅炉水平烟道残余旋转效果较为明显，这是因为三次风温度低、动量大，距炉膛出口较近，故能有效地减弱炉膛出口气流的旋转强度，而对主燃烧区的影响较小。