【正文】 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。 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。 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 。 如果出口溫度高 , 反過來又會(huì)進(jìn)一步減小蒸汽流量 。 (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。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。 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。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。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]。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)。 爐膛結(jié)構(gòu)因素 [9] (1)爐膛斷面形狀燃燒器四角布置切向燃燒的爐膛，若爐膛斷面設(shè)計(jì)成正方形或接近正方形，即爐膛寬深比 a/b 時(shí)，由于燃燒器幾何軸線與相鄰爐墻夾角α和β不等，如圖 22 中所示，所造成的兩側(cè)補(bǔ)氣條件差異不 會(huì)很大。 (3)燃燒假想切圓直徑國內(nèi)外的試驗(yàn)及運(yùn)行實(shí)踐證實(shí)，切向燃燒爐膛中的實(shí)際切圓直徑遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)值大，且實(shí)際切圓直徑隨假想切圓直徑增大而增大。 總之，由于影響爐內(nèi)燃燒工況的因素復(fù)雜多變，運(yùn)行調(diào)整工況的優(yōu)劣也影響到煙溫偏差的大小。熱效流量偏差是由于各管圈吸熱量差異引起的?，F(xiàn)代大型鍋爐由于煙道寬度尺寸相對(duì)鍋爐容量的增加而增長較慢以及為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的充分混合，多采用大口徑連接管集中引入引出，集箱 的效應(yīng)在熱偏差計(jì)算中不可忽視 [12]。分配集箱和匯流集箱的引 入和引出方式既非軸向又不是沿徑向均勻分布的。 引起管間流量偏差的原因 大型鍋爐的過熱器、再熱器管束由多列并聯(lián)的管屏組成，每片管屏并聯(lián)的管子根數(shù)一般都在 4 根以上，多的達(dá)到 15 根以上 [2]。至于管材不同時(shí)，按我國“電站鍋爐水動(dòng)力計(jì)算計(jì)算方法”中的數(shù)據(jù)計(jì)算，在管子內(nèi)徑為 ～ 范圍內(nèi)，奧氏體鋼的每米摩擦阻力系數(shù) o? 值是珠光體鋼 o? 值的 ～ 左右。當(dāng)同屏熱偏差很大時(shí)，由蒸汽比體積引起的流量偏差也會(huì)有 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 一定的數(shù)值 [17]。 第 3 章 過熱器熱偏差基本計(jì)算方法 11 第 3 章 過熱器熱偏差基本計(jì)算方法 概述 鑒 于過熱系統(tǒng)熱偏差問題的嚴(yán)重性，如何保證過熱系統(tǒng)受熱面的可靠運(yùn)行，是鍋爐設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行中的關(guān)鍵問題。 因此，改進(jìn)原有計(jì)算方法中的不足之處，采用比較合理的計(jì)算方法準(zhǔn)確計(jì)算實(shí)際危險(xiǎn)點(diǎn)的管壁溫度，便成為當(dāng)前鍋爐設(shè)計(jì)和超溫爆管事故改造過程中亟待解決的突出問題。 本章的重點(diǎn)就是建立合理的熱偏差計(jì)算模型，采用適于工程應(yīng)用的數(shù)值計(jì)算方法，結(jié)合實(shí)例進(jìn)行計(jì)算應(yīng)用和分析 [19]。 沿爐膛寬度熱負(fù)荷不均勻系數(shù) kr? 布置于爐膛上部出口區(qū)域的屏式過熱器沿寬度方向的熱負(fù)荷不 均系數(shù)可以由圖 31 中的曲線 [29]查取，也可以通過差值方法把曲線擬合成公式的形式，便 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 于程序計(jì)算。 (a) (b) 圖 32 沿?zé)煹缹挾任鼰岵痪禂?shù)分布 第 3 章 過熱器熱偏差基本計(jì)算方法 13 根據(jù)國內(nèi)大量的試驗(yàn)結(jié)果分析，容量在 100MW 及以下的切向燃燒鍋爐，爐膛出口及對(duì)流煙道沿寬度的熱力不均勻系數(shù) krmax,? 的一般在 ～ 范圍內(nèi)。利用已知的幾個(gè)條件可以求出函數(shù)中的五個(gè)待定系數(shù) [24]。,1。,1。假設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)取在煙道左端，從左端開始，受熱面每一管屏對(duì)應(yīng)一個(gè)坐標(biāo)，可以求出每一管屏處的吸熱不均系數(shù) rx? 。對(duì)每片屏中的中間管而言，每米長中間管段接受屏間煙氣輻射的面積為 oH ，其總輻射受熱面包括左右兩側(cè)，其值為ao lxsH 22? ，其中 x 為屏間煙氣對(duì)管段 a 的角系數(shù)，其計(jì)算式為： t gdsdssdx ?????? 2221 ? （ 38） 式 中： d — 管子外徑（ m ） ； 2s — 管子縱向節(jié)距（ m ）； ?— 兩管內(nèi)切線與垂直方向上的直徑的夾角（176。 就幾種情況下受熱面偏差系數(shù)的具體計(jì)算方法作一些說明： 管間煙氣輻射受熱面偏差系數(shù) f? 根據(jù)輻射受熱面積差異，屏中各種管段類 型一般可分為六種，且對(duì)應(yīng)一定的受熱面偏差系數(shù)計(jì)算公式 ：由受熱面偏差系數(shù)定義， 1?f? ； （ 311） ：olopf ElxsDlsHH 422 ???? ????? ； （ 312） ：oopf ElxsdlHH ??? ???22； （ 313） ：21032 sdEof ???? ??? ； （ 314） ：2 22sfsff ??? ?? （ 315） 對(duì)流受熱面偏差系數(shù) d? 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 16 ：od ?? ?? ； （ 316） ： fd ?? ? （ 317） 管前煙室輻射因數(shù) fp 的確定 屏式過熱器或再熱器垂直于煙氣輻射的各管排 : 第一排管： 222324252 ????????????????????????????????????????? dsdsdsdsdsp f （ 318） 第 1 排管的 fp 值可由計(jì)算式求出，也可以根據(jù)管子的縱向節(jié)距比 ds/2 由圖 34 中曲線查取。輻射角系數(shù)計(jì)算公式的通用表達(dá)式可以如下表示： FdsEdsDdsCdsBdsAx ???????????????????????????????????? 121314151 （ 320） 式中 A、 B 、 C 、 D 、 E 和 F 表示待定系數(shù)。為方便分析，引入任意一根管子的流量系數(shù) xk ，即： 22 xxxx gfdlk ??? ?????? ?? ? （ 321） 其中： a? 為該管子內(nèi)工質(zhì)平均比容，在初始計(jì)算時(shí)，可認(rèn)為并聯(lián)各當(dāng)量支管的 a? 相同，取管組進(jìn)出口工質(zhì)比容的算術(shù)平均值 [23]。 則式 可以寫成： xGxxG Bkk ?? 2 00,00, ?? （ 333） 可以假定第一支管的三個(gè)流量不均系數(shù)進(jìn) 行與流量相似的計(jì)算，可以計(jì)算各支管的流量不均系數(shù)。屏式過熱器管屏數(shù)為 18 片，高溫過熱器管屏數(shù)為 30 片，高溫再熱器管屏數(shù)為 60 片。在過熱系統(tǒng)受熱面中，同片各套管子可能有若干段組成，其管徑、長度、局部 阻力、管材可能各不相同，借之以平衡管子之間的流量偏差。 下面介紹一種初步的計(jì)算方法： 假設(shè)某過熱器受熱面有 N 列管屏，同屏有 n 套管子，假設(shè)第 j 管屏的蒸汽總流量為 jD （ kg/s） ； jD 可以通過屏間流量分配計(jì)算得到，可以使管間流量計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確。 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 22 熱偏差系數(shù)計(jì)算 根據(jù)熱偏差系數(shù) ? 的定義，在計(jì)算出受熱面各管屏或各管子吸熱不均系數(shù)r? 、流量不均系數(shù) G? 及結(jié)構(gòu)不均系數(shù) g? ,后，受熱面管屏或管子的熱偏差系數(shù) ?就可以由其表達(dá)式計(jì)算；或者根據(jù)熱力計(jì)算得到管組中計(jì)算管 i 自蒸汽進(jìn)口到計(jì)算點(diǎn)的焓增 ih? 以及相應(yīng)區(qū)段管組的平均焓增 ??ih 求得對(duì)應(yīng)管段的熱偏差系數(shù)，即： GHriihh ???? ????? （ 337） 由計(jì)算分析知道，熱偏差系數(shù)最大 的管子不一定是熱負(fù)荷最大的管子，也不一定是流量最小的管子。 從各受熱面的偏差曲線分布特點(diǎn)及表 的數(shù)據(jù)知，當(dāng)最大熱負(fù)荷偏向煙道四分之一處時(shí)三種受熱面產(chǎn)生的最大熱 偏差系數(shù)明顯小于熱負(fù)荷對(duì)稱分布時(shí)對(duì)應(yīng)的最大值，這與通常最大熱負(fù)荷偏向一側(cè)產(chǎn)生的熱偏差較大的現(xiàn)象不符，其原因是假設(shè)最大熱負(fù)荷與最小的流量疊加在一起，產(chǎn)生了大的熱偏差?，F(xiàn)代大型鍋爐的特點(diǎn)是熱負(fù)荷大、蒸汽參數(shù)高、采用屏式或輻射式過熱器，受熱面工作環(huán)境溫度較高，使受熱面壁溫幾乎接近鋼材最高許用溫度，尤其是過熱系統(tǒng)受熱面，并聯(lián)管組存在的吸熱偏差和流量偏差，使偏差管壁溫超過管組的平均壁溫，甚至超過最高許用溫度，引起管子爆管事故。在確定了壁溫校核點(diǎn)的介質(zhì)溫度、最大熱強(qiáng)度和管內(nèi)壁放熱系數(shù)的基礎(chǔ)上，受熱 面的壁溫就可以根據(jù)計(jì)算公式求得。 wt 計(jì)算公式 ???????? ????? m a x2m a x 12 qqJtt jw ? ????? （ 338） 其中： jt — 計(jì)算點(diǎn)管內(nèi)介質(zhì)溫度（℃）； J — 熱量均流系數(shù)； 2? — 計(jì)算點(diǎn)管子內(nèi)壁對(duì)介質(zhì)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) [kW/（ 2m 通過過熱偏差計(jì)算，計(jì)算出計(jì)算點(diǎn)的蒸汽溫度 jt 和相應(yīng)的參數(shù)，根據(jù)壁溫計(jì)算模型計(jì)算 wt 和 bt 。鍋爐以最大連續(xù)負(fù)荷（即 BMCR 工況）為設(shè)計(jì)參數(shù)，鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為 1165t/h；機(jī)組電負(fù)荷為 330MW（即 TRL 工況）時(shí) ，鍋爐的額定蒸發(fā)量為 。 過熱器分隔屏位于爐膛上方，前墻水冷壁和過熱器后屏之間，沿爐寬方向布置四大片，每大片又沿爐深方向分為六小片。 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 26 頂棚過熱器和包墻過熱器由頂棚管，后煙道側(cè)墻、前墻及后墻、水平煙道延伸包墻組成。三種受熱面的管屏出口汽溫分布圖分別為圖 3 311 中的（ a）、（ b）所示?？梢灶A(yù)測(cè)，如果集箱布置方式不當(dāng)，引起較大的屏間流量偏差時(shí)，兩種因素重疊在一起，就會(huì)導(dǎo)致更大的汽溫偏差。 管屏出口汽溫是在考慮吸熱偏差、集箱軸向流量分配偏差因素上求出的。 實(shí)例應(yīng)用計(jì)算結(jié)果 根據(jù)熱偏差計(jì)算理論，針對(duì)兩種熱負(fù)荷分布情況，求出了后屏過熱器、高溫過熱器和高溫再熱器管屏出口平均汽溫。 立式低溫過熱器位于尾部煙道轉(zhuǎn)向室內(nèi)，水平低溫過熱器上 方，共 110 片，管徑為Φ 51，以 136mm 的橫向節(jié)距沿爐寬方向布置。 末級(jí)過熱器位于后水冷壁 排管后方的水平煙道內(nèi)，共 96 片，管徑為Φ 51，以 的橫向節(jié)距沿整個(gè)爐寬方向布置。當(dāng)煙氣橫向沖刷管子時(shí)，沖刷作用最強(qiáng)處熱負(fù)荷最大，積灰厚度又最薄?！?)]； ? — 管子外徑與內(nèi)徑比，即 ? = nw dd / ； wd — 管子外徑（ m）； nd — 管子內(nèi)徑（ m）。該溫度用于校核管子的強(qiáng)度計(jì)算。對(duì) 于過熱系統(tǒng)受熱面，在進(jìn)行壁溫校核計(jì)算前，應(yīng)估計(jì)到最大熱負(fù)荷管易出現(xiàn)在以下部位： （ 1）對(duì)于順列管束和屏式過熱器，最大熱負(fù)荷管是沿?zé)煔饬鞒痰牡谝慌殴茏樱? 熱負(fù)荷分布情況 （括號(hào)內(nèi)數(shù)字代表管屏序號(hào)） r? G? r? 屛式過熱器 熱負(fù)荷對(duì)稱（ ） 熱負(fù)荷非對(duì)稱（ 14,15） 高溫過熱器 熱負(fù)荷對(duì)稱（ 15,16） 熱負(fù)荷非對(duì)稱（ 22,23） 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 24 （ 2）對(duì)于錯(cuò)列管束，最大熱負(fù)荷管是沿?zé)煔饬鞒痰牡谝换虻诙殴茏樱? （ 3）如果屏式過熱器的第一排管被遮蓋或是由高耐熱鋼制成，還應(yīng)校核第二排或第三排管子。 屏過、高過和高再