新安裝的鍋爐或在役鍋爐大修后，在熱態運行前通常要進行爐內冷態空氣流場試驗。冷態試驗是依靠冷態模化技術，通過冷態時對鍋爐進行的有關試驗來了解風門檔板的開度一流量特性：確認燃燒系統中配風的均勻性；考核燃料與煙風系統：爐內氣流充滿度和渦流區的范圍等氣流分布情況；測量水冷壁貼壁風速和水平煙道風速的分布，從而掌握冷態爐內氣流的流動規律。它不僅可以為鍋爐熱態運行提供參考依據，而且為運行中的諸多問題如結焦、火焰中心偏斜、爐膛出口煙溫偏差等問題的分析和對策的制定提供幫助：此外，它還為探索合理安全的低負荷運行方式帶來了方便。因此，冷態試驗是一種簡單易行、效率高的對鍋爐安全經濟運行具有現實指導意義的試驗方法。本次試驗是在實爐上進行的，鍋爐實物圖見圖3.1。
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一、冷態模化條件
在相似理論的基礎上通過模化試驗來研究鍋爐內的空氣流場。實踐經驗表明，對鍋爐進行冷態模化試驗研究，能夠比較真實的反映爐內實際的空氣流場工況，由相似原理可知，在實爐上進行冷態空氣流場試驗研究應滿足兩個條件：①各股射流流動工況均應進入自模化區（即界限雷諾數取為100000），眾所周知，對流動過程起主要怍用的是雷諾準則：Re=PVD/μ，它表明了流動慣性力與粘性力之比值。在等溫流動時，它決定了氣流運動的阻力特性，而壓力與慣性力的比值通常以歐拉準則Eu來表示即：
Eu=△p/pv
2=f（Re）
當Re大于一定值后，Eu值不再與Re數有關而保持為一定值，即此時慣性力是決定因素，而粘性力的影響可以忽略不計，因此氣流質點的運動軌跡主要受慣性力的支配而不再受Re值的影響，氣流運動狀態進入自模化區。對大多數鍋爐，Re≥105時即進入自模化區。②應維持冷、熱態時各股射流動量比相等。
二、鍋爐冷態調試
本次冷態試驗主要解決六個方面的問題：
①檢驗鍋爐的煙風系統能否正常運行；
②調平前后各風噴口風速；
③檢驗二次風門與執行機構能否正常工作并整定二次風門流量特性；
④部分流場數據的測量；
⑤爐內流場示蹤研究；
⑥生物質冷態噴吹試驗
試驗系統簡圖如圖3.2所示、
系統圖中各數字和字母的意義見下表：
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系統圖中各數字和字母的意義 |
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1 |
引風機總風門 |
2 |
送風機總風門 |
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3 |
二次風機總風門 |
A |
后二次風總風門 |
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B |
前二次風機總風門1 |
C |
頂二次風右風門 |
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D、E、F |
一次風風門 |
G |
頂二次風左風門 |
（1）鍋爐煙風系統調整
主要考核鍋爐的煙風系統是否能正常運行，檢驗項目包括：三個風機（送風機／引風機/二次風機）、爐排、門孔、風門、執行機構、鍋爐原有表計、新增的四個測點（指示總送風量的均速管流量計、指示總二次風量的均速管流量計、前一次風道靜壓、旋風除塵器前煙道負壓）等。通過試驗發現鍋爐的煙風系統在數值模擬計算所確定的工
況下能夠正常運行。總送風量、總二次風量、風道負壓試驗原始數據見附錄F。
（2）前后各風噴口風速調平
1）前墻二次風調平
將送風機風門開度調到60%、二次風機風門開度調到60%、引風機風門開度調到70%、前二次風門開度打到7檔、后二次風門開度打到7檔，開始進行風口風速的調平，用靠背管和熱線風速儀測量各風口風速，根據測量的數據進行調節，每個風口內都設置有可調節的阻力件，通過調節阻力件把各個風口的風速調平并逼近數值模擬計算確定的風速（24 m/s）大小為止，然后將阻力件焊牢固。共進行了三輪調節，原始數據見附錄G，調平前風口速度見圖3.3，風口最終調平見圖3.4。
由圖3.3中可見初始狀態的前二次風各噴口之間的流速很不均衡，最小風速出現在1號噴口，最大流速出現在12號噴口，噴口間最大速度差約為4.6 m/s，會造成爐內流場嚴重偏斜，所以必須進行調平。由圖3.4可見經過調節后前墻二次風的14個風口的速度都已逼近數值計算的速度值24m/s，最小風速出現在10號噴口，最大流速出現在
5號噴口，噴口間最大速度差約為1.3m／s，與調整前的狀態相比，噴口流速分布均勻性大為改善。
2）后墻二次風調平
前墻二次風調平后開始進行后墻二次風的調平，后墻二次風共15個風口，每個風口內都設置有可調節的阻力件，反復進行“調節一測試一再調節”的步驟，直到把風口的風速調到逼近數值模擬計算的速度值17m/s，共進行了5輪調節，原始數據見附錄H，調平前和調平后的風口風速分別見圖3.5和圖3.6。
對照后二次風的初始狀態（圖3.5）和調平后的狀態(圖3.6)可見，原先嚴重不均衡的后二次風各個噴口的流速被基本調平。
3）頂二次風和一次風調平
通過調節頂二次風和一次風的風門將頂二次風和一次風風速調平，最終調平結果見圖3.7和圖3.8，由圖3.7可見經過調平后頂二次風風口風速已經逼近數值模擬的速度值16.5 m/s：由圖3.8可見經過調平后一次風風口風速已經逼近數值模擬的速度值11m/S。
（3）二次風門流量特性整定
完成前后二次風調平之后，基本可以認為前后二次風噴口的流速均衡，在此基礎上進行兩個二次風門的“風門開度一流量”特性整定，為制定燃燒系統的運行規程提供必要的基礎數據。前后二次風管道示意圖如圖3.9所示，二次風系統為多管路系統，流量分配受所有風門共同影響，所以對二次風門的“風門開度一流量”特性進行整定。
風門標示：A代表后二次風門，B代表前二次風門，后接數字代表風門檔位，檔位（風門開度）由小到大分為7檔。例如A283表示后二次風門為2檔位，前二次風門為3檔位，共測量了四個工況的數據，內場數據見表3,2。內場數據經過處理可得各二次風量與風門開度之間的關系。爐內測量的數據為內場數據，其余為外場數據。
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二次風門特性內場數據表 |
|
A3B7 |
前1 |
18.8 |
|
前7 |
18.2 |
|
前14 |
17.8 |
|
后1 |
14.5 |
|
后8 |
14.6 |
|
后15 |
14.7 |
|
A7B3 |
前1 |
17.1 |
|
前7 |
17.2 |
|
前14 |
17.0 |
|
后1 |
16.1 |
|
后8 |
16.3 |
|
后15 |
16.5 |
|
A2B5 |
前1 |
16.6 |
|
前7 |
16.4 |
|
前14 |
16.4 |
|
后1 |
13.1 |
|
后8 |
12.8 |
|
后15 |
12.9 |
|
A5B2 |
前1 |
16.8 |
|
前7 |
16.3 |
|
前14 |
16.3 |
|
后1 |
15.6 |
|
后8 |
15.5 |
|
后15 |
15.2 |
各種工況下前后二次風的計算量、比值見下表：
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工況 |
前二次風計算量/（m3/h） |
后二次風計算量（m3/h） |
前二次風量/后二次風量 |
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A3B7 |
2107.4 |
1804.7 |
1.17 |
|
A7B3 |
1973.0 |
2015.0 |
0.98 |
|
A2B5 |
1900.0 |
1599.0 |
1.19 |
|
A5B2 |
1900.0 |
1908.0 |
0.995 |
由上表可見，二次風系統中風量調節受到前二次風門和后二次風門的共同影響，調節前二次風門時，前二次風量變化的同時后二次風量也會變化，此時需要調節后二次風門維持后二次風量，前后二次風門是相互關聯的。
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