外文翻譯電站鍋爐的過(guò)熱器和再熱器的熱偏差模型

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯學(xué) 院： 能源與機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 熱能與動(dòng)力工程 姓 名： 孫曉春 學(xué) 號(hào)： 0902050303 外文出處：Thermal load deviation model for superheater and reheater of a utility boiler 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 簽名： 年 月 日附件1：外文資料翻譯譯文 電站鍋爐的過(guò)熱器和再熱器的熱偏差模型摘要： 鍋爐過(guò)熱器和再熱器的蒸汽溫度產(chǎn)生的熱偏差能嚴(yán)重影響其經(jīng)濟(jì)性及安全運(yùn)行。受熱面熱偏差是鍋爐爆管事故的重要原因之一 ，約40的電站強(qiáng)制斷電都是由此導(dǎo)致的

2、。過(guò)熱器和再熱器的熱偏差主要是在橫向方向上。這種變化在實(shí)驗(yàn)研究中很難實(shí)現(xiàn)。在本文中，我們提出了一個(gè)熱偏差模型是基于電廠熱力學(xué)參數(shù)的熱偏差理論和流量偏差理論的。從我們模型的計(jì)算結(jié)果中發(fā)現(xiàn)其與實(shí)際測(cè)量的結(jié)果相符。預(yù)測(cè)的鍋爐爆管位置與無(wú)錫電廠的300 MW電站鍋爐再熱器故障是相同的。該模型也可以應(yīng)用于不同的電站鍋爐制造產(chǎn)品，并已成功地應(yīng)用于鍋爐爆管事故的預(yù)測(cè)和電站事故的預(yù)防。1、介紹 鍋爐爆管事故往往發(fā)生在啟機(jī)一段時(shí)間后運(yùn)行中的電站鍋爐過(guò)熱器和再熱器中，這對(duì)電站鍋爐的經(jīng)濟(jì)性和安全性都有很大程度的影響。通過(guò)觀察發(fā)電站強(qiáng)制停運(yùn)的約40的原因都是鍋爐爆管事故。因此，鍋爐爆管事故一直是電站鍋爐強(qiáng)制停運(yùn)的最大

3、原因之一。即使在美國(guó)，鍋爐過(guò)熱器與再熱器管故障問(wèn)題也是電站鍋爐停運(yùn)的首要因素。消除鍋爐爆管事故一年可以節(jié)省電力行業(yè)約5億美元的資金。據(jù)觀察BTF（鍋爐爆管事故）經(jīng)常發(fā)生在同一鍋爐部位的同一管段的同一材料部分。為此，為了預(yù)防鍋爐管事故，已經(jīng)在鍋爐制造及鍋爐研發(fā)等方面做出了很大的努力。 電站鍋爐在設(shè)計(jì)中橫向方向上的缺陷是導(dǎo)致過(guò)熱器和再熱器爆管故障的主要原因。 例如，中國(guó)上海鍋爐廠利用最近的（ABB-CE）專利技術(shù)設(shè)計(jì)制造的石橫電廠1025t/h的蒸汽容量第五期電站鍋爐。 該鍋爐1987年6月30日開(kāi)始商業(yè)化運(yùn)行。于1989年9月28日發(fā)生爆管事故，事故部位在過(guò)熱器的鍋爐管接頭左手側(cè)第55行最后階段

4、的焊接處。此次鍋爐爆管事故蒸汽流量圖見(jiàn)圖1。1990年4月1日在同一位置又一次發(fā)生事故。在另一種情況下，中國(guó)哈爾濱鍋爐廠利用ABB-CE的最新的專利技術(shù)設(shè)計(jì)建立了第一個(gè)擁有評(píng)估工具的600MW平圩電廠鍋爐。此電站鍋爐再熱器管中的蒸汽溫度偏差從左側(cè)檢測(cè)到右側(cè)的范圍為20-40（圖1，編者注）。其結(jié)果是蒸汽溫度不能滿足設(shè)計(jì)的要求，并影響電廠的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。1992年8月10日在此設(shè)備的單獨(dú)一個(gè)管上發(fā)生了爆管事故。第三種情況，1988年9月23日，從日本進(jìn)口的寶山鋼鐵公司電站鍋爐也在經(jīng)歷著爆管事故。事故發(fā)生位置是第五行右側(cè)低焊接接頭部位，并且原因是長(zhǎng)期過(guò)熱。 圖1.無(wú)錫電廠300MW電站鍋爐再熱器

5、蒸汽流程圖 值得提及的是，大部分的大容量電站鍋爐使用的是四角切圓燃燒系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以適應(yīng)多樣煤種，系統(tǒng)的高燃燒效率，穩(wěn)定的熱性能和低排放，這些都是四角切圓燃燒方式的固有優(yōu)勢(shì)。這種類型的燃燒系統(tǒng)中，在爐膛內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)型火焰并提供給每個(gè)爐壁均勻的熱能，獨(dú)立的單位負(fù)載及燃料輸入。切向燃燒鍋爐所特有的功能是調(diào)節(jié)爐內(nèi)蒸汽溫度控制熱量吸收，這是由傾斜噴嘴組件自動(dòng)上下實(shí)現(xiàn)的。因此過(guò)熱器和再熱器的溫度偏差可以控制在對(duì)電廠熱效率影響達(dá)到最小。燃煤鍋爐是與其他爐膛相比熱吸收率和熱利用率較高的一種。它能夠保證煤粉的完全燃燒以及最大的停留時(shí)間。但是，四角切圓燃燒系統(tǒng)強(qiáng)勁的熱負(fù)荷使渦紊流分布在水平氣體通道中

6、，從而增加了熱負(fù)荷偏差。 隨著大容量電站鍋爐的發(fā)展，在高溫高壓的條件下操作，其結(jié)果是會(huì)提高鍋爐橫向方向上與水平方向上煙道的熱偏差。盡管四角切圓式燃燒系統(tǒng)有很多的有優(yōu)點(diǎn)，但其具有的熱偏差并不能完全消除。為此隨著其可用性的提高，這里提出了一個(gè)改進(jìn)模型，對(duì)鍋爐各管進(jìn)行了設(shè)計(jì)變更，用以減輕熱偏差的嚴(yán)重程度。通過(guò)對(duì)許多電站鍋爐過(guò)熱器和再熱器的的試驗(yàn)測(cè)量，其熱偏差約在范圍內(nèi)。實(shí)用程序中的四角切圓燃燒系統(tǒng)鍋爐的熱偏差分布幾乎是相同的，基于ABB-CE計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，沿?zé)煹罊M向方向上的最大熱偏差取為1.12，其中包括各行之間的流量偏差。圖2.300MW電站鍋爐流程圖 在本文中，我們提出了一個(gè)模型，是基于電廠熱負(fù)荷偏

7、差在現(xiàn)場(chǎng)的熱力學(xué)參數(shù)、熱偏差理論和流量偏差理論的。該模型已被用于電站鍋爐的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)階段，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的故障，并評(píng)估現(xiàn)有的設(shè)計(jì)。該模型還可以用到不同類型的電站鍋爐，并且已經(jīng)成功的應(yīng)用在電站鍋爐爆管時(shí)間的預(yù)測(cè)和預(yù)防上。在設(shè)計(jì)階段，可以評(píng)估鍋爐是否存在爆管風(fēng)險(xiǎn)，而并不能做任何避免這種情況的更改。該模型可以識(shí)別某位置的最大溫度偏差。這里提到的ABB-CE計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)只能識(shí)別最大溫度偏差，但不能預(yù)測(cè)這個(gè)最大偏差的位置而且其最大熱偏差小于試驗(yàn)測(cè)量值。因此，提出此模型是非常必要的。2、數(shù)學(xué)模型 此電站鍋爐過(guò)熱器與再熱器管系統(tǒng)的沿橫向方向是平行布置的，示于圖1-3。此管系統(tǒng)是復(fù)雜的，并且其結(jié)構(gòu)還取決于鍋爐設(shè)計(jì)

8、的實(shí)用程序類型。 文獻(xiàn)12,13中提出了復(fù)雜的外表面轉(zhuǎn)移的加熱管熱偏差理論計(jì)算。介紹了鍋爐過(guò)熱器和再熱器存在的幾個(gè)不同的熱傳遞模式，它包括前室氣體輻射、后室氣體輻射、管束輻射和對(duì)流熱傳遞，示于圖3。將加熱管分為不同的組，例如，第一和最后一個(gè)觀眾的流動(dòng)方向、懸管、接觸管、中間管和不同的間隔管。在此模型中，每個(gè)管被劃分在不同的鍋爐管段。文獻(xiàn)12提出了流量偏差理論，用以解決復(fù)雜的鍋爐管流速分布系統(tǒng)的熱偏差。圖2為300MW電站鍋爐的流程圖。再熱器的每個(gè)管管排布置在圖中也有詳細(xì)指示。圖3也顯示出蒸汽和煙氣的方向。圖1是無(wú)錫電廠300MW電站鍋爐再熱器的蒸汽流量方向示意圖。圖3.再熱器最終管板與管排布置

9、 蒸汽入口和出口端口的分配集流管和三通接頭收集數(shù)據(jù)圖中也有顯示。從再熱器的蒸汽流入的分配頭通過(guò)四個(gè)三通接頭。從分配集流管的管子被分在再熱器管列管組，示于圖1,2. 一個(gè)管列的再熱器分為兩列管列。最后的再熱器加熱管管行 由60個(gè)管組裝，示于圖1,3此管組蒸汽流量與其他電站鍋爐系統(tǒng)有所不同，流量結(jié)果與其他一些管相比較低。里外管組過(guò)度過(guò)熱可能導(dǎo)致水冷壁溫高于可接受的范圍，導(dǎo)致管燒壞。 熱負(fù)荷模擬模型流程圖提出的計(jì)算方法示于圖4.熱偏差模型包括三個(gè)部分，即模型的結(jié)構(gòu)偏差、流量偏差、熱負(fù)荷偏差。通過(guò)電站鍋爐數(shù)據(jù)庫(kù)文件的幫助，結(jié)構(gòu)偏差模型是用來(lái)描述過(guò)熱器和再熱器實(shí)際結(jié)構(gòu)，并用于計(jì)算的結(jié)構(gòu)偏差。流量偏差模型

10、模擬的是力量和每個(gè)鍋爐管所吸收的熱量。熱偏差模型用于計(jì)算管子外表面吸收的熱量。通過(guò)以下方式獲得熱風(fēng)和偏差，一個(gè)迭代過(guò)程基礎(chǔ)上的三個(gè)模型和原位數(shù)據(jù)。2.1熱偏差數(shù)學(xué)模型熱偏差是加熱管/行的焓升與過(guò)熱器和再熱器管平均焓升的比值。熱偏差系數(shù)被表示為一個(gè)函數(shù)的熱偏差系數(shù)，結(jié)構(gòu)偏差系數(shù)，和流量偏差系數(shù)如下： （1）圖4.模擬計(jì)算算法流程圖基于熱偏差理論將每個(gè)鍋爐管分為數(shù)段。每個(gè)管段保持一個(gè)能量平衡，例如，一個(gè)管段A吸收的總能量通過(guò)能量平衡計(jì)算前氣室吸收的總輻射能量，后氣室吸收的輻射能量，管束輻射能量，和管束對(duì)流熱量。 （2）前煙氣室管段A吸收的輻射能量: （3）后煙氣室管段A吸收的輻射能量，被定義為：

11、（4）管段A的管束輻射能量，被定義為： （5）管段A的管束對(duì)流換熱能量，被定義為如下式子： （6）管段A所吸收的總能量，可以通過(guò)它們的和表示： （7）熱偏差在水平和垂直方向上的能量用熱偏差系數(shù)定義，在垂直方向上的熱偏差系數(shù)如下： （8）考慮到計(jì)算出的管段溫度的不同，并且平均直徑的不同，為保證計(jì)算管段A吸收總熱量的質(zhì)量，式子可改寫如下： （9）每個(gè)管吸收的總能量如下表示： （10）其中將不同管段分為A，B，C.等。圖5.300MW電站鍋爐再熱器出口外墻金屬溫度分布圖2.2熱偏差的因素表1示出了管束輻射傳熱偏差，以及前后煙氣室對(duì)流換熱偏差的影響因素。 （11）2.3流量偏差的數(shù)學(xué)模型根據(jù)流量偏差理

12、論，在Z型排列的分配集流管中的x位置，靜態(tài)壓力用表示，見(jiàn)如下式子： （12）Z型布置的過(guò)熱器管頂部任意位置x的靜壓分布被定義為： （13）假設(shè)一復(fù)雜的過(guò)熱器系統(tǒng)由n行管頭構(gòu)成，其流量偏差及計(jì)算方程如下： (14)其中是分配集流管合采集管的第i個(gè)管排的壓力，是第i個(gè)管排的壓降。圖6.300MW電站鍋爐再熱器熱偏差系數(shù)最終模擬計(jì)算結(jié)果2.4熱負(fù)荷的分布基于文獻(xiàn)調(diào)查，傳統(tǒng)的電站鍋爐沿橫向方向上的熱負(fù)荷分布可以概括如下。熱偏差是四排管寬度方向的一個(gè)多項(xiàng)式： （15）其中可以由它們的軸線決定其最大最小熱偏差。ABB-CE電站鍋爐現(xiàn)場(chǎng)分析鍋爐寬度方向由六個(gè)變量組成時(shí)方程如下： （16）其中可以由它們的軸線

13、決定其最大最小熱偏差。下面假設(shè)鍋爐中心寬度上的最大熱偏差為： （17）假設(shè)一個(gè)熱負(fù)荷分布呈拋物線型： (18)其中A，B，C是相對(duì)于其軸的最大熱偏差系數(shù)。3、仿真計(jì)算及討論正如前所提到的，圖4用于計(jì)算和得到熱負(fù)荷仿真模型的收斂解。根據(jù)熱偏差理論和流量偏差理論，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電站鍋爐外壁金屬溫度進(jìn)行計(jì)算平均的入口和出口氣體溫度。所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得，目標(biāo)系統(tǒng)為300MW電站鍋爐，并且為四角切圓燃燒系統(tǒng)。管的安排及流程圖示于圖1-3中?；谀Ｐ偷挠?jì)算結(jié)果示于圖5-7。圖5通過(guò)仿真比較了300MW電站鍋爐再熱器管壁金屬溫度的實(shí)驗(yàn)值和計(jì)算值。同一直徑下最高溫度的計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果約相差5.58，示于圖

14、5。此模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)誤差在1%以內(nèi)，故計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。圖6呈現(xiàn)了各管列的熱負(fù)荷偏差系數(shù)。可以從圖中看出，過(guò)熱器與再熱器最大熱負(fù)荷之間相差15%，該預(yù)測(cè)結(jié)果大于ABB-CE的設(shè)計(jì)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。圖7給出了熱偏差的計(jì)算結(jié)果，此圖中還提出了結(jié)構(gòu)和流量偏差值。在圖中可以看出，再熱器的最大流速偏差大約是12%，還可以觀察到流量偏差低于正常流量，即較大的直徑下具有較低流速。因此，可以得出結(jié)論熱偏差的關(guān)鍵因素是流量偏差和行與行之間的熱負(fù)荷偏差。因此，通過(guò)減少熱偏差是最大限度的消除鍋爐爆管事故的關(guān)鍵原因。第六行與第七行之間管的熱偏差約為總偏差的29%，示于圖7.，值得一提的是，出現(xiàn)管事故的位置一般都是熱偏差最大的位置。1995年2月無(wú)錫電廠300MW鍋爐正式在熱偏差最大的第六行再熱器管的左側(cè)發(fā)生事故，如圖1所示。通過(guò)模型預(yù)測(cè)的事故結(jié)果與原位置相同。圖7.300MW電站鍋爐再熱器熱偏差模擬計(jì)算結(jié)果示意圖4、結(jié)論在本文中我們提出了一個(gè)熱負(fù)荷模型是基于電廠熱力學(xué)參數(shù)、熱偏差理論和流量偏差理論的。模型進(jìn)行了系統(tǒng)的流量分析，使鍋爐管的每個(gè)管段上保持能量平衡。所得到的控制方程解決方案是針對(duì)每個(gè)