【正文】 差的措施 ....................................................................................29 減少蒸汽側(cè)偏差的措施 ...............................................................................32 結(jié) 論 .........................................................................................................................32 致 謝 .........................................................................................................................33 參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................36 第 1 章 緒 論 1 第 1 章 緒 論 課題背景 隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，火力發(fā)電 機(jī)組的裝機(jī)容量不斷增大， 300MW、600MW 機(jī)組已成為電網(wǎng)中的主力機(jī)組，這部分機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性有著非常重要的影響。過熱器和再熱器作為鍋爐機(jī)組的重要部件，其可靠運(yùn)行對(duì)整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)行無疑有著非常重要的意義。隨著機(jī)組容量的增大，鍋爐過熱系統(tǒng)因熱偏差引起的超溫爆管事故愈加頻繁，極大地影響了發(fā)電廠的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。經(jīng)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，由此問題引起的非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間占總停運(yùn)時(shí)間的 20%左右，少發(fā)電量占總發(fā)電量的 25%左右 [1]，這不僅給國民經(jīng)濟(jì)造成了很大損失，而且使我國本已緊張的供 電形勢(shì)更加不利，制約了經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。 目前，我國大型電站的過熱系統(tǒng)存在兩個(gè)突出的問題 [2]:一是某些機(jī)組的受熱面管子因超溫頻頻發(fā)生爆管事故，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行；二是某些機(jī)組的過熱器雖然沒有發(fā)生爆管事故，但是由于設(shè)計(jì)時(shí)采用了高質(zhì)量流速，整體采用高檔合金鋼，使得機(jī)組制造成本增加以及機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性變差。我國制造的某些機(jī)組高檔合金鋼的使用量往往大于從國外引進(jìn)的同類機(jī)組，這對(duì)于我國的機(jī)組在國際電力市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)也是一個(gè)極為不利的因素。我國許多鍋爐制造廠普遍采用原蘇聯(lián)熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法來計(jì)算壁溫，這種方法對(duì)于過去容量 小、參數(shù)低的鍋爐機(jī)組來說，計(jì)算結(jié)果還比較正確，但是對(duì)于現(xiàn)代大容量、高參數(shù)的電站鍋爐來說，不可避免地帶來一些問題?，F(xiàn)代大型機(jī)組的發(fā)展有以下幾大特點(diǎn) [2]： （ 1）由于爐膛受熱面相對(duì)減少，過熱器、再熱器受熱面前移，這些高溫受熱面工作在比以往更高的煙溫區(qū)； （ 2）現(xiàn)代鍋爐普遍采用布置在爐膛上部的屏式過熱器，由于輻射熱分布極不均勻，容易造成較大的同屏熱偏差； （ 3）隨機(jī)組容量增大，爐膛寬度相對(duì)減少，為防止受熱面結(jié)渣和積灰而必然放大管束的橫向節(jié)距，同時(shí)還要增加同屏管子的套數(shù)，于是增加了同屏熱偏差的幅度； （ 4）由于爐 膛相對(duì)寬度減少以及簡(jiǎn)化系統(tǒng)等原因，各級(jí)受熱面之間往往采用大口徑管道連接，從而可能加大沿集箱軸向流量分布的不均勻性； （ 5）由于沿對(duì)流煙道高度方向的尺寸增加，上下部分之間的煙溫偏差對(duì)壁溫的影響不可忽視； （ 6）現(xiàn)代高溫受熱面管子普遍采用變管徑或采用節(jié)流圈來調(diào)整同屏流量偏差 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 以便控制壁溫。 正是由于大型機(jī)組具有上述特點(diǎn)，原有的熱偏差及壁溫計(jì)算方法已不適應(yīng)。大量運(yùn)行實(shí)踐表明，采用以往計(jì)算方法設(shè)計(jì)的受熱面最大允許壁溫往往偏低，而且壁溫變化規(guī)律不合理，甚至同國外先進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)果相反。因此，分析研究鍋爐高溫受熱面產(chǎn)生熱偏差的 機(jī)理與原因，改善原有的熱偏差計(jì)算方法，以便獲得高溫受熱面管子的真實(shí)壁溫，從根本上采取相應(yīng)措施，減少或防止高溫受熱面的超溫爆管事故的發(fā)生，具有非常重要的實(shí)際意義 [3]。 國內(nèi)外研究成果和發(fā)展動(dòng)態(tài) 四角布置切向燃燒鍋爐是我國大型火力發(fā)電廠的主要爐型，這種鍋爐的優(yōu)點(diǎn)是煤粉湍流混合度強(qiáng)、燃燒效率高、煤種適應(yīng)性廣。但是由于爐內(nèi)環(huán)狀氣流螺旋上升至爐膛出口時(shí)存在較大的殘余旋轉(zhuǎn)造成沿?zé)煹缹挾确较虻臒熕贌煖仄睿约耙蚣渎?lián)接方式、渦流等原因造成的并聯(lián)管屏流量分布不均和同屏各管吸熱不均，經(jīng)常引起受熱面局部超溫爆管事故 的發(fā)生。 多年來，國內(nèi)鍋爐技術(shù)人員對(duì)切向燃燒鍋爐的熱偏差問題進(jìn)行了不斷的探討和研究，取得了不少的成果。就爐內(nèi)氣流殘余旋轉(zhuǎn)引起的煙速煙溫偏差問題，許多學(xué)者采用?；囼?yàn)和數(shù)值模擬的方法，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究和技術(shù)攻關(guān)，對(duì)爐側(cè)引起熱偏差的機(jī)理有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，并獲得一些通過優(yōu)化燃燒系統(tǒng)減小熱偏差的可行性方案。 就鍋內(nèi)側(cè)因素如因集箱軸向靜壓分布不均造成的管屏間流量偏差和同屏各管阻力不均導(dǎo)致的管間流量偏差問題，國內(nèi)學(xué)者做了比較深入的研究工作，獲得了較為成熟的理論成果，并運(yùn)用于實(shí)踐，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于帶等徑三通 結(jié)構(gòu)集箱中蒸汽的渦流問題，國內(nèi)做了初步的試驗(yàn)研究，由于其復(fù)雜性，還有待進(jìn)一步地深入研究。對(duì)于大量采用的異徑三通引起的渦流問題和過熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，沒有進(jìn)行全面的科研攻關(guān)。國外對(duì)這些問題雖開展過一些工作，但涉及的廣度和深度有限。導(dǎo)致過熱器局部超溫爆管的原因復(fù)雜多樣，它與燃燒方式、受熱面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各級(jí)受熱面系統(tǒng)布置形式、管壁材料選用及鍋爐運(yùn)行工況等因素都有關(guān)系，如何保證過熱器和再熱器安全運(yùn)行愈加成為鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的難題。綜合考慮引起熱偏差的各種因素，準(zhǔn)確計(jì)算管子出口汽溫和危險(xiǎn)部位的壁溫，是過熱器和再熱器超 溫爆管事故分析 、改造的技術(shù)關(guān)鍵；同時(shí)，也是鍋爐制造廠家提高鍋爐設(shè)計(jì)水平的重要環(huán)節(jié) [4]。 引起鍋爐過熱器受熱面熱偏差、造成超溫爆管事故的原因復(fù)雜多樣，為系統(tǒng)分析與研究熱偏差的成因和因素的影響規(guī)律，課題布置了以下內(nèi)容： 第 1 章 緒 論 3 課題研究內(nèi)容與方法 課題研究內(nèi)容 引起鍋爐過熱器受熱面熱偏差、造成超溫爆管事故的原因復(fù)雜多樣，為系統(tǒng)分析與研究熱偏差的成因和因素的影響規(guī)律，課題布置了以下內(nèi)容： （ 1）典型燃燒方式下的煙氣側(cè)熱偏差分析，以四角切向燃燒方式為 重點(diǎn)，具體分析造成煙速、煙溫偏差的爐內(nèi)燃燒過程特點(diǎn)，涉及爐膛結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及尺寸，燃燒器結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)布置及層數(shù)投停方式和運(yùn)行中燃料、空氣配送均勻性、合理性，燃料特性以及爐內(nèi)氣流動(dòng)力場(chǎng)等燃燒調(diào)整狀況。 （ 2）蒸汽側(cè)流量偏差的因素分析，包括受熱面集箱引入、引出方式不當(dāng)造成的屏（片）間流量偏差和同屏各管圈因阻力特性不同引起的流量分配不均以及因吸熱不均引起的流量不均。 、高溫過熱器及高溫再熱器熱偏差和壁溫?cái)?shù)值計(jì)算方法的分析與研究包括建立受熱面合理的蒸汽流量分配計(jì)算模型、熱偏差計(jì)算模型、壁溫計(jì)算模型以及數(shù)值計(jì)算 方法的實(shí)現(xiàn)等。 ，提出減小受熱面熱偏差、防止超溫爆管的相對(duì)措施，并論證其可行性。 課題研究的方法 論文以熱偏差的綜合理論研究成果為基礎(chǔ)，從工程應(yīng)用角度出發(fā)，采用適合的數(shù)值計(jì)算方法，以 330MW 亞臨界壓力自然循環(huán)鍋爐為例，進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算分析。具體思路如下： ，結(jié)合大型實(shí)例鍋爐，進(jìn)行分析、計(jì)算、驗(yàn)證。 、數(shù)據(jù)的收集與分析工作，在引起過熱系統(tǒng)熱偏差原因的系統(tǒng)研究基礎(chǔ)之上，建立合理的熱偏差及壁溫計(jì)算模型，制定科學(xué)的數(shù)值 計(jì)算方法，以求能夠獲得比較準(zhǔn)確的管屏壁溫分布，確定過熱系統(tǒng)受熱面的危險(xiǎn)部位，以便采取相應(yīng)的措施減少或防止事故的發(fā)生。 ，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果的正確性，并完成本課題的剩余工作。 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 4 第 2章 過熱器系統(tǒng)的熱偏差理論分析 概述 電站鍋爐在運(yùn)行中的熱偏差由下列 5 個(gè)方面的因素造成 [5]: (1) 一個(gè)管組沿?zé)煹缹挾雀髌恋奈鼰崃科?, 這是由煙氣溫度和流速場(chǎng)的不均勻所引起的 。 (2) 一個(gè)管組沿?zé)煹缹挾雀髌恋恼羝髁康钠?, 這是由進(jìn)出口集箱中蒸汽靜壓的變化所造成的 。 (3) 一片屏 中各根管子的蒸汽流量的偏差 ,這是由于各根管子的阻力系數(shù)以及蒸汽溫度不同所引起的 。 例如一片管屏的外圈管長度最長 ,同時(shí)外圈管子口徑又與其它管子相同 , 則流量最小 。 如果出口溫度高 , 反過來又會(huì)進(jìn)一步減小蒸汽流量 。 (4) 一片屏中各根管子的吸熱量的偏差 , 這是由每根管子各個(gè)管段吸收屏前、屏后及屏間煙氣的輻射熱量以及對(duì)流熱量的偏差所引起 。 例如 , 一片管屏的外圈管所吸收的屏前煙氣的輻射熱量就要比平均管大好幾倍。如果屏前煙氣的煙溫高、黑度大 , 外圈管的總吸熱量就會(huì)增大很多 。 (5) 由前一級(jí)管組出口的溫度偏差攜帶 到本級(jí)管組進(jìn)口的溫度偏差。 以上 5 個(gè)因素中 , 只有第 1 個(gè)因素與燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行 2 方面都有關(guān)。其它 4 個(gè)因素與運(yùn)行的關(guān)系不大 , 基本上決定于熱力性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 除了上述引起熱偏差的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)方面的原因外，在鍋爐機(jī)組的運(yùn)行過程中，一些非正常的運(yùn)行狀況也會(huì)引起熱偏差現(xiàn)象或加劇熱偏差的幅度，例如火焰中心偏移、煤種變化、燃燒不正常、高壓加熱器切除、過量空氣系數(shù)過高等原因都可能使對(duì)流煙道中的煙溫升高，使過熱器的噴水量增加，造成噴水點(diǎn)前各級(jí)受熱面的介質(zhì)溫度高于設(shè)計(jì)值。這些因素也會(huì)對(duì)管子金屬壁溫的超溫起到一定的 不利作用。 過熱器熱偏差的概念敘述 由于設(shè)計(jì)和運(yùn)行等因素的影響，在過熱器、再熱器管組中并聯(lián)各根管子吸熱量、介質(zhì)流量及管子阻力系數(shù)存在差別，使得各根管子中的蒸汽焓增也就各不相同，于是管子內(nèi)工質(zhì)溫度亦不相同，這種現(xiàn)象就稱為過熱器和再熱器的熱偏差。為了分析各根管子的熱偏差程度大小，為此引入平均管、偏差管及熱偏差系數(shù)的定義。管子焓增等于管組平均焓增的管子稱為平均管；焓增大于管組 第 2 章 過熱器系統(tǒng)的熱偏差理論分析 5 平均焓增的管子，稱為偏差管。 0hhp???? （ 21） 式子中角標(biāo) o 和 p 分別表示整個(gè)管組的平均值和所檢測(cè)管子（“偏差管”）的特定值。 如以角標(biāo) 1 和 2 分別表示管圈進(jìn)出口的數(shù)值，則有： poooo GHqhhh ???? 102 ppppp GHqhhh ???? 12 (22) 其中： oq 、 oH oG — 分別表示管組受熱面的外幣平均熱負(fù)荷、平均受熱面積和平均工質(zhì)流量； pq 、 pH 、 pG — 分別表示偏差管受熱面的外壁熱負(fù)荷、受熱面積和工質(zhì)流量。 由 和 可以得到： GHqoPopopGGHHqq???? ?? 1 (23) 式子中 op qq /??? ， OpH HH /?? 和 OpG GG /?? 分別稱為熱負(fù)荷不均勻系數(shù)，結(jié)構(gòu)不均勻系數(shù)和流量不均勻系數(shù) [6]。 煙氣側(cè)熱偏差的原因 四角切向燃燒鍋爐是我國目前大型火電廠的主要爐型，這種爐型憑其爐內(nèi)火焰充滿度高、風(fēng)粉混合強(qiáng)烈、煤種適應(yīng)性強(qiáng)、煤粉燃盡度高等系列優(yōu)點(diǎn)被普遍采用。但隨著機(jī)組容量的增大，四角切向燃燒鍋爐過熱系統(tǒng)的局部超溫爆管問題比較突出。研究發(fā)現(xiàn)其對(duì)流煙道 左右兩側(cè)的煙溫偏差非常明顯，多數(shù)鍋爐煙溫偏差達(dá)到 100℃以上，有的甚至高達(dá) 270℃以上 [8]。對(duì)流煙道煙速煙溫偏差是受熱面沿?zé)煹缹挾任鼰岵痪?dǎo)致熱偏差的一個(gè)重要原因。而引起對(duì)流煙道煙速煙溫偏差的一個(gè)重要原因就是爐膛出口存在的殘余旋轉(zhuǎn)。此外，鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的非正常工況也會(huì)引起或加劇煙氣側(cè)熱偏差 [7]。 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 煙速偏差形成機(jī)理 由爐內(nèi)氣流流動(dòng)特點(diǎn)知道，進(jìn)入屏區(qū)的氣流軸向上升速度沿爐寬方向基本上是左右對(duì)稱的，左右兩側(cè)速度高，中部速度低， 這樣進(jìn)入屏區(qū)中間通道的氣流流量小，流速低，而進(jìn)入屏區(qū)左右兩側(cè)通道的 氣流流量大，流速高[16~17]。對(duì)于爐內(nèi)左側(cè)氣流，其切向速度方向與對(duì)流煙道煙氣流動(dòng)方向相反，在軸向上升速度的作用下，氣流流向爐前方向，由于前墻的阻擋作用，大部分煙氣經(jīng)屏區(qū)上部轉(zhuǎn)向流入對(duì)流煙道，一部分煙氣則經(jīng)過分割屏與前墻的間隙繞流至屏區(qū)右側(cè)。而右側(cè)氣流由于切向速度方向指向爐后，氣流在進(jìn)入屏區(qū)后上升很短的高度就進(jìn)入對(duì)流煙道，相對(duì)左側(cè)氣流而言，右側(cè)氣流發(fā)生了“短路”。屏區(qū)左右兩側(cè)氣流流動(dòng) ,這樣就造成爐膛出口截面上總體形成右側(cè)煙速大于左側(cè)的分布狀況，而且整個(gè)截面上的速度分布實(shí)質(zhì)上是沿高度和寬度方向上均呈現(xiàn)明顯的 不均勻性，也就是在對(duì)流煙道入口截面的下部，右側(cè)煙氣平均速度顯著大于左側(cè)，而在上部則是左側(cè)氣流平均速度大于右側(cè)，最大煙氣流速出現(xiàn)在水平煙道的右下側(cè)。因此，對(duì)流煙道內(nèi)形成左右兩側(cè)煙氣速度偏差的根本原因是由于爐膛上升旋轉(zhuǎn)氣流的殘余旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致煙氣在屏區(qū)左右兩側(cè)的