電站鍋爐屏式過熱器壁溫計算方法的研究

1、東北電力學院學報第18卷第2期Journal Of Northeast Chi n avol. 18No . 21998年6月I nstitute Of Electric Power Engi n eeri n gJun . 1998電站鍋爐屏式過熱器壁溫計算方法的研究王秀清趙景林解海龍鄒天舒(動力工程系 (東北電力科學研究院 (摘要、再熱器超溫爆管居首位, 壁溫計算合理地從, 原有的壁溫計算標準中有許多缺, 。屏式過熱器壁溫計算方法中圖法分類號T K 121隨著我國電力的發(fā)展和火電機組的大型化, 200MW 、300MW 機組已成為電網中的主力機組, 這部分機組運行質量的好壞對電網運行的經濟

2、性有非常重要的影響, 近年來大容量鍋爐超溫爆管事故經常發(fā)生。在大容量電站鍋爐中, 過熱器和再熱器的管壁溫度非常接近鋼材所受應力水平下的容許溫度。如何對管壁溫度進行準確計算是目前鍋爐設計及事故改造中的一項極為重要的工作。1屏式過熱器壁溫計算方法分析以往設計中采用原蘇聯(lián)熱力計算標準, 這個標準(1973年 的壁溫計算方法有許多不足, 表現(xiàn)以下幾方面:(1 計算中把熱力、水力不均性疊加起來, 認為蒸汽流量最小的地方正好熱負荷最大, 而實際情況并非如此。(2 在計算計算點的平均汽溫時, 沒有考慮到各管段吸熱能力的不同, 即取傳熱系數(shù)為恒定值。(3 在確定計算點周向平均熱負荷時, 沒有考慮到管束前煙氣空

3、間的影響1。針對以上不足將計算方法加以修正, 原有計算方法中沒有考慮同屏熱偏差, 也沒有收稿日期:1998-05-17王秀清女1966年生講師郵編132012 考慮同屏流量偏差對熱偏差的影響。受熱面熱偏差計算的目的是確定計算點管內介質的溫度, 最終確定受熱面管子壁溫。熱偏差系數(shù)定義為:一個管組中計算管自進口到計算點的工質焓增i 與管組自進口到相應點的平均焓增i p j 的比值=i p j =l (1 式中:r 熱力不均系數(shù); j 流量不均系數(shù); l 結構不均系數(shù)。在73標準中, 屏式過熱器計算方法和對流過熱器類似, 口汽溫是一樣的, 流量也是一樣的, 1. 32. 10, 如圖1和圖2計算結果

4、所示。對于Z 型連接, 加, 分配集箱末端處流量最大, 熱負荷最小, ; 最小, 熱負荷最大, 型連接, 分配集箱入口處流量較大, 熱負荷最大, , 熱負荷 最小, 圖1Z 型連接熱偏差系數(shù)(df =0. 131m dh =0. 131m 圖2U 型連接熱偏差系數(shù)(df =0. 131m dh =0. 131m 造成熱偏差由以下幾方面原因:1 同屏各排管子因接受前煙氣容積(包括爐膛 和后煙氣容積的輻射, 因輻射系數(shù)不同, 使輻射吸熱量有很大差別, 第一排管子最大后面幾排急劇地遞降不來, 但在最后一排由于容積有后煙氣容積的輻射, 這一排輻射系數(shù)并不一定是最低的。2 同屏各管接受屏間煙氣受熱面積的

5、不同而造成吸熱量上的差別, 如圖3中S 2與S 3, 不同S 3>S 2, 圖中B 與C 在接受屏間煙氣熱存在差別, 對流熱也存在較大差別。標號A 和標號C 的管與中間管排標號B 的管間吸熱量存在差別。3 由于同屏各管的管長不同, 使受熱面積不均勻, 結構偏差也使吸熱量偏差, 最外圈的吸熱量最大。4 由于上述結構偏差, 阻力系數(shù)也不均勻, 造成流量偏差, 外圈最長時流量最小2。正是由于以上原因最外圈管子的壁溫和工質溫度較中間管排高, 如表1所示, 此表2 東北電力學院學報第18卷計算結果是以H G -670 130-6型鍋爐屏的熱段(順流布置 為例計算的結果, 此屏結構如圖4所示, 從計

6、算結果看, 第一排出口工質溫度為476. 2, 第二十排管出口工質溫度461. 2, 這說明了由于吸熱偏差的存在使同屏各管出口工質溫度存在差別。表1壁溫和工質溫度計算的結果屏的第一排管溫度沿管長分布屏的第二十管近溫度沿管長分布管長(m 管壁平均溫度(管壁外表溫度(工質溫度( 管長(m 管壁平均溫度(管壁外表溫度(工質溫度( 1. 00486. 3495. 7431. 91. 00458. 5463. 7. 2. 00488. 3497. 7433. 52. 008. 3. 00490. 3499. 8435. 33. 000. . 74. 00492. 3501. 8437. 0462. 46

7、7. 4434. 95. 00494. 4503. 943875. 463. 5468. 7436. 16. 00496. 5. 440. 600464. 7469. 9437. 37. 00. 37. 00466. 0471. 2438. 5. 510. 7444. 18. 00467. 3472. 5439. 7503. 5513. 2446. 09. 00468. 6473. 8441. 010. 00506. 0515. 9447. 910. 00469. 9475. 1442. 211. 00508. 1518. 0449. 811. 00471. 9477. 3443. 412.

8、00510. 2520. 0451. 812. 00474. 0479. 6444. 613. 00484. 9490. 0453. 913. 00475. 3480. 9445. 714. 00487. 0492. 1456. 014. 00469. 8474. 1446. 715. 00489. 1494. 2458. 215. 00470. 8475. 2447. 816. 00491. 2496. 3460. 416. 00471. 9476. 2448. 917. 00493. 3498. 4462. 617. 00473. 1477. 4450. 018. 00495. 5500.

9、 5464. 818. 00474. 2478. 4451. 219. 00497. 6502. 7467. 019. 00475. 3479. 6452. 320. 00499. 8504. 8469. 320. 00476. 4480. 7453. 521. 00502. 0507. 0471. 521. 00477. 5481. 8454. 6 22. 00504. 2509. 2473. 822. 00478. 7482. 9455. 823. 06506. 6511. 5476. 223. 00479. 8484. 1457. 024. 00481. 0485. 2458. 225.

10、 00482. 1486. 4459. 326. 56484. 1488. 3461. 212第2期王秀清等:電站鍋爐屏式過熱器壁溫計算方法的研究 圖3過熱器節(jié)距 也使同屏各管產生熱偏差。引起流P p j , p j 相對愈大則流量偏差愈小; P f 、P h 相對于P p j 愈大則流量偏差愈大; 集箱的連接方式如Z 型布置的流量比U 型布置的大。如圖5和圖6所示的Z 型布置的流量偏差和U 型布置的流量偏差曲線正是說明了這一點。圖5Z 型連接流量偏差系數(shù)圖6U 型連接流量偏差系數(shù)在計算壁溫時將計算管分排數(shù)分計算管段, 如第一排、第二排、最后一排, 各管段吸熱量Q a 分別為Q a =Q f

11、+Q f h +Q p +Q d(2式中:Q f 爐膛或屏前煙氣容積對屏管段的輻射熱kJ kg;Q f h 屏后煙氣空間的輻射熱kJ kg;22東北電力學院學報第18卷Q p 管間煙氣空間的輻射熱kJ kg; Q d 管間煙氣對流熱kJ kg 。計算管段的焓增:2i =D i(3式中:K 1沿煙道寬度吸熱偏差系數(shù); K 2沿屏高的吸熱偏差系數(shù);D i 計算管圈的流量Kg s 。這時的D i 要考慮同屏間的流量偏差, 以前計算時應用73量偏差。由焓增就可以計算出計算點的工質溫度, 如圖4計算點, 一般計算時取一定的計算步長, i 二段的焓增i 2, 1點的焓增i 1為i rk +i 1, 2+這

12、一步長管段的焓增i 2, , 這樣更準確。(4 , 由于各計算管段的吸熱能力不1和2, 這使計算工質溫度時產生誤差。我們計算工質, 計算結果如表2所示。從計算結果看測管長K 是不同的, 各片屏的K 。K =1+21(4式中:1煙氣對管壁的放熱系數(shù)kW m 2; 2管內介質對管壁的放熱系數(shù)k W m 2; 污染系數(shù)m 2 k W 。表2傳熱系數(shù)沿管長分布(第十排管管長(m 1234567傳熱系數(shù)(k W m 2156. 03584156. 03584156. 03584156. 03584156. 03584156. 03584156. 03584管長(m 891011121314傳熱系數(shù)(k

13、W m 2156. 03584156. 03584156. 03584155. 5517154. 72492154. 72492154. 72492管長(m 15161718192021傳熱系數(shù)(k W m 2154. 72492154. 72492154. 80457154. 80457154. 87499154. 87499154. 87499管長(m 22232425262727. 5傳熱系數(shù)(k W m 2154. 87499154. 87499154. 87499154. 87499154. 87499154. 87499154. 87499經過對原有的73算法的改進, 自行編制了計

14、算程序, 計算程序可以計算任意一排32第2期王秀清等:電站鍋爐屏式過熱器壁溫計算方法的研究 東北電力學院學報 第 18 卷 24 管的壁溫沿管長的分布, 最后結果分別以表和曲線方式輸出。 曲線能直觀地表達了溫度 分布情況, 表則比較詳細地記錄各計算點的各種參數(shù), 圖 7 和圖 8 是以 HG - 670 130 - 6 鍋爐為例的計算結果。 圖 7 后屏熱段第一排壁溫分布曲線 圖 8 后屏熱段第三排壁溫分布曲線 2 結論 ( 1 傳熱系數(shù)在各計算點并不是恒值。 ( 2 通過引入熱偏差和流量偏差數(shù)學模型計算, 使計算結果更準確。 ( 3 通過對壁溫的詳細計算, 對鍋爐承壓管可以進行失效分析及壽命

15、管理。 參考文獻 1 劉林華, 王孟浩, 楊宗煊. 電站鍋爐過熱器和再熱器管壁溫度計算的一種新方法. 動力工程, 1995, (2 : 2 2 王孟浩. 大容量電站鍋爐過熱器和再熱器溫度偏差原因及防止措施. 鍋爐技術. 1992, (3 : 2 3 3 鍋爐機組熱力計算標準方法. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1976 第 2 期 王秀清等: 電站鍋爐屏式過熱器壁溫計算方法的研究 25 Study of Ca lcula tion M ethod of Superhea ter W a ll Tem pera ture of Power P lan t W ang X iuq ingZhao J

16、ingl in X ie Ha ilong (D ep a rtm en t of T herm a l Pow er Eng ineering, N o rthea st Ch ina In st itu te of E lect ric Pow er Eng ineering, J ilin C ity Ch ina 132012 Zou T ian shu (N o rthea st Ch ina In st itu te of E lect ric Pow er Scien t ific R esea rch, Shenyang 110000 Zhang M ing (J ilin C

17、 ity M un icip a l H ea t Supp ly Co rpo ra t ion, J ilin C ity, Ch ina 132000 Xu W e i (J ilin C ity H igh Science T echno logy and R ea l E sta te Sect ion, J lin C ity, Ch ina 132000 Abstract Sup erhea ter and rehea ter overtem p era tu re p ip e detona t ion stand s p rio r on the " cu la t

18、 ing m ethod to the w a ll tem p era tu re can rea sonab ly ca lcu la te the w a ll tem p era tu re gy in ana lyzing and recon st ruct overtem p era tu re detona t ion p ip e acciden t, w h ile the . p er g ives a p erfect m ethod and ha s w o rked ou t the com p u t ing p rog ram a s w ell Key words: sup erhea ter, w a ll tem p era tu re ca lcu la t ion fou r p ip e" leak ing accid