【正文】 溫計(jì)算方法的研究就具有非常重要的實(shí)際意義。論文以吉林江南熱電330MW亞臨界鍋爐機(jī)組為例，對(duì)建立的計(jì)算模型進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，對(duì)引起熱偏差的主要因素進(jìn)行了分析。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。我國(guó)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(lái)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(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，不可避免地帶來(lái)一些問題。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]。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)者采用模化試驗(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。國(guó)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。（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。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。(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。(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。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)。 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。如以角標(biāo)1和2分別表示管圈進(jìn)出口的數(shù)值，則有： (22)其中：、—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；、—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。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]。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]。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)的流動(dòng)差異，造成了煙氣速度沿爐膛高度和寬度方向上的不均性[8]。但若 a/b 時(shí)，射流兩側(cè)的補(bǔ)氣條件就會(huì)發(fā)生顯著的差異，射流卷吸煙氣后將使兩側(cè)的壓力差別也大，從而使射流偏斜，不但燃燒的實(shí)際切圓直徑增大，而且火焰中心也易發(fā)生偏移，爐內(nèi)四面水冷壁的熱負(fù)荷分布不均變大；加之爐膛出口氣流殘余扭轉(zhuǎn)增大，煙道中煙速煙溫偏差增大，使煙道中的過熱器再熱器的汽溫偏差增大。切圓直徑增大，有利于煤粉氣流著火和燃盡，但過大的切圓直徑易使氣流偏斜貼壁，殘余旋轉(zhuǎn)過大，使煙溫、汽溫偏差增加。國(guó)內(nèi)人員對(duì)引起受熱面工質(zhì)流量分布不均原因的研究進(jìn)行得比較早，取得了較為成熟的理論成果，并運(yùn)用于實(shí)踐。從式 可以看出，壓差與阻力系數(shù)一定時(shí)，工質(zhì)比容與流量的平方成反比。 引起屏間流量偏差的原因許多電站鍋爐過熱器和再熱器管組的分配、匯流集箱直徑設(shè)計(jì)的太小或引入引出方式不當(dāng)，且大型鍋爐的集箱長(zhǎng)度較長(zhǎng)，蒸汽在集箱軸向方向上的靜壓發(fā)生較大的變化而造成非常大的屏（片）間流量偏差。這種集箱中的靜壓變化比較復(fù)雜，各管子流量偏差系數(shù)的計(jì)算比較繁瑣。由于同一管屏中各套管長(zhǎng)度、管徑及材質(zhì)不同，各管的阻力系數(shù)不同，從而使各管的流量不同[14]。因此，即使并聯(lián)各管的長(zhǎng)度、內(nèi)徑以及局部阻力相同時(shí)，材質(zhì)不同流量也會(huì)不同[15]。大型鍋爐的對(duì)流過熱器由于集箱中蒸汽流速高，動(dòng)壓頭大，不論是幾個(gè)管系之間，一個(gè)管系中的各管組之間，還是一個(gè)管組中的各并聯(lián)管子之間，都可能由于集箱中的靜壓變化過大產(chǎn)生較大的流量偏差。因此，準(zhǔn)確計(jì)算過熱器受熱面熱偏差大小及管子壁溫就尤為重要。國(guó)內(nèi)人員對(duì)熱偏差和壁溫計(jì)算方法進(jìn)行了不斷的研究和改進(jìn)，并取得了一定的成效。 熱負(fù)荷不均系數(shù)計(jì)算由熱偏差的成因知，受熱面管組及并聯(lián)管子接受的熱負(fù)荷分布不均是產(chǎn)生屏間及同屏熱偏差的一個(gè)主要因素。爐膛出口沿寬度方向熱負(fù)荷不均系的計(jì)算公式為[20]： （31）。隨著鍋爐容量的增加，如 300MW 和 600MW機(jī)組鍋爐，切向燃燒方式的爐膛出口煙速煙溫的偏差加劇，爐膛出口煙溫偏差有的高達(dá) 100℃以上。（1）時(shí)，；（2）時(shí)，；（3）時(shí)，；（4）時(shí)，曲線在此處具有極大值，曲線在此處的斜率為零，即；（5）曲線下面積應(yīng)等于1，即積分利用五個(gè)已知條件可得以下方程組 （33）通過解上列線性方程組，可以得到各系數(shù)的值。鍋爐過熱器吸熱不均系數(shù)分布情況如圖 33 的曲線所示[25]。）。圖 34 面向輻射的第一排管子 p 值第 2 排管及以后各管： （319）第 2 排及以后各排的可由圖 35 中的曲線[13]查取，圖中代表校驗(yàn)管中心到首排管外側(cè)管線的距離，是管子的橫向節(jié)距。本節(jié)求出了對(duì)流管束前后煙氣容積對(duì)第 1～6 排管子的輻射角系數(shù) x ，其計(jì)算式子的對(duì)應(yīng)系數(shù)匯總在表 內(nèi)。設(shè)為并聯(lián)管組中任一根支管的質(zhì)量流量，由管子進(jìn)、出口壓差和流量的關(guān)系得： （322）根據(jù)前面章節(jié)的只是可以得到： （323）： （324）假設(shè)并聯(lián)當(dāng)量支管根數(shù)為n根，： （325）加上流量守恒方程得到n+1個(gè)方程組 （326）由第一根和第（x+1）跟支管的方程簡(jiǎn)整理得到： （327）令，則有： （328）其中、 都與各管流量無(wú)關(guān)，均可從原始數(shù)據(jù)中求得，因此也是已知數(shù)據(jù)。在計(jì)算屏間流量不均系數(shù)時(shí)，因?yàn)橥ǔＧ闆r下，每片管屏之間的結(jié)構(gòu)差異不大，當(dāng)量支管的流量系數(shù)也差別不大，可以近似認(rèn)為 ko/kx≈1，誤差很小，簡(jiǎn)化了計(jì)算過程。在計(jì)算片間流量偏差時(shí)，取高再當(dāng)量支管數(shù)為 20 根、。同屏各套管的流量分配是在壓力平衡和流量平衡兩個(gè)條件下進(jìn)行的，也就是同屏各套管兩端蒸汽壓差相等以及各套管蒸汽流量之和等于該列管屏總的工質(zhì)流量。該管屏各管兩端的壓差為，設(shè)第i套管子的總阻力系數(shù)為，該管子的質(zhì)量流量為，管子內(nèi)徑為；設(shè)管組的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑為及各套管各段內(nèi)工質(zhì)比容均為一致。如果不是對(duì)每根管子都進(jìn)行計(jì)算，在選擇計(jì)算管時(shí)，應(yīng)著眼于金屬壁溫有可能最高的一些管子，可以先核算幾點(diǎn)，如最大、最小及最大的點(diǎn)，最后確定計(jì)算管[30]。對(duì)于H型布置的聯(lián)箱，其流量最小的管屏在聯(lián)箱中間，最大熱負(fù)荷在煙道中心，必然造成較大的熱偏差。因此，對(duì)熱負(fù)荷最大、介質(zhì)溫度最高、熱偏差大、流量偏差大及結(jié)構(gòu)差別大的偏差管進(jìn)行壁溫校核是非常重要的，單獨(dú)的一個(gè)因素或幾種因素的疊加都可能導(dǎo)致管壁溫度超過許用溫度。下面介紹一個(gè)管子金屬壁溫計(jì)算模型：接受煙氣加熱的光管，為校驗(yàn)其工作可靠性，一般計(jì)算兩種壁溫：（1）計(jì)算點(diǎn)沿管子周界熱負(fù)荷最高處的計(jì)算壁溫,即管子內(nèi)外壁溫的算術(shù)平均值?！妫； —計(jì)算點(diǎn)管子外壁沿周界最高熱負(fù)荷（kW/）； —計(jì)算管壁厚度（m）； —管壁鋼材熱導(dǎo)率[kW/(m但在計(jì)算中還應(yīng)注意以下偏差因素對(duì)壁溫計(jì)算的影響[29]:（1）在計(jì)算管組進(jìn)口，由于蒸汽未充分混合而由前級(jí)管組帶來(lái)的汽溫偏差；（2）由于運(yùn)行工況與熱力計(jì)算不符，在計(jì)算管組后的噴水量大于設(shè)計(jì)值時(shí)使整個(gè)計(jì)算管組汽溫水平增高；（3）沿?zé)煹缹挾燃坝?jì)算管周界上熱負(fù)荷和積灰厚度的不均勻。項(xiàng) 目單 位參 數(shù)過熱蒸汽流量t/h 過熱蒸汽流量 過熱蒸汽出口溫度℃ 540給水溫度℃ 過熱器由五個(gè)主要部分組成: a) 末級(jí)過熱器；b) 過熱器后屏；c) 過熱器分隔屏；d) 立式低溫過熱器和水平低溫過熱器；e) 頂棚過熱器和包墻過熱器。管徑為Φ51，從爐膛中心開始，分別以3429mm、。后煙道包墻過熱器形成一個(gè)垂直下行的煙道。兩種種受熱面管屏在兩種熱負(fù)荷分布情況下，管屏出口最大汽溫、最小汽溫及最大汽溫偏差數(shù)據(jù)匯總?cè)绫? 所示。圖 310 屏過管屏出口汽溫分布曲線圖 311 高過管屏出口汽溫分布曲線表 三種受熱面的熱偏差數(shù)據(jù)匯總 符號(hào)后屏過熱器高溫過熱器后屏過熱器高溫過熱器熱負(fù)荷對(duì)稱分布（℃）熱負(fù)荷非對(duì)稱分布（℃）529最大汽溫偏差4141第4章 減小過熱器熱偏差的措施第4章 減小過熱器熱偏差的措施大型火電機(jī)組的鍋爐多采用具有許多優(yōu)點(diǎn)的四角切向燃燒方式，但是這種燃燒方式本身所固有的殘余旋轉(zhuǎn)所造成的煙速煙溫偏差比較嚴(yán)重，加上過熱系統(tǒng)蒸汽流量分布不均、鍋爐運(yùn)行過程相關(guān)參數(shù)的偏離或管了材質(zhì)受限等原因，過熱器受熱面因熱偏差導(dǎo)致的超溫爆管事故成為鍋爐運(yùn)行當(dāng)中的突出問題。 結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施為了尋求減小爐膛出口及對(duì)流煙道左右兩側(cè)的煙溫偏差，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)四角切向燃燒爐膛進(jìn)行了冷態(tài)?；囼?yàn)或數(shù)值模擬試驗(yàn)，根據(jù)大量的試驗(yàn)結(jié)果分析了解到上部爐膛折焰角結(jié)構(gòu)、爐膛高度和屏布置方式對(duì)爐膛上部及對(duì)流煙道內(nèi)的氣流動(dòng)力場(chǎng)有重要的影響，從而影響爐膛上部及出口煙氣氣流的殘余旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度。由于爐膛上部煙氣氣流還存在較強(qiáng)的殘余旋轉(zhuǎn)，造成氣流在上部爐膛屏區(qū)左右兩側(cè)流動(dòng)狀況的較大差異，一些鍋爐原有的折焰角結(jié)構(gòu)并不能有效發(fā)揮其防止煙氣“短路”流入對(duì)流煙道、削弱對(duì)流煙道煙速偏差的作用。(1) 優(yōu)化折焰角深度[32]；(2) 優(yōu)化折焰角高度。大型四角切向燃燒鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮采用非常規(guī)形狀的折焰角結(jié)構(gòu)來(lái)削弱其固有的爐膛出口殘余旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，為解決大容量鍋爐突出的煙溫偏差問題找到新的突破點(diǎn)。折焰角雖然對(duì)旋轉(zhuǎn)氣流有削弱作用，但在屏區(qū)入口處的殘余旋轉(zhuǎn)仍然非常強(qiáng)烈，強(qiáng)度大約仍有初始強(qiáng)度的一半以上。根據(jù)文獻(xiàn)[31]的研究，對(duì)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的氣流，可以減小前墻與分割屏之間的間隙，使更多的氣流被阻擋下來(lái)進(jìn)入左側(cè)和中部屏區(qū)，使對(duì)流煙道左側(cè)和中部的氣流量增加；還可以加大分割屏與后屏之間的間隙，改善“橫向補(bǔ)氣”條件，降低對(duì)流煙道右側(cè)壁面附近的最高氣流速度。因此，在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到實(shí)際運(yùn)行條件下因煤種多變、煤質(zhì)下降和運(yùn)行工況多變及熱力計(jì)算誤差等因素導(dǎo)致爐膛出口煙氣溫度常常偏高的情況，應(yīng)適當(dāng)增加爐膛設(shè)計(jì)高度，利于減小爐膛出口氣流的殘余旋轉(zhuǎn)。以上所述措施是運(yùn)行操作當(dāng)中比較常見的手段，由于鍋爐運(yùn)行當(dāng)中影響因素較多，在具體非正常因素出現(xiàn)時(shí)，還需要根據(jù)相應(yīng)的手段加強(qiáng)調(diào)整，盡量避免加劇爐膛出口煙溫偏差[34]。減少集箱中靜壓變化影響的措施有以下幾種：（1) 采用多點(diǎn)均勻引入和引出的集箱聯(lián)接型式；（2) 選擇適當(dāng)大小的集箱直徑，使集箱內(nèi)軸向流速大小適中，沿集箱長(zhǎng)度方向的靜壓最大值小于受熱面竹組中平均阻力降的10%,以減小集箱中的壓力變化；（3) 增大受熱面管子的阻力，如可以加裝節(jié)流孔圈。（5）對(duì)于大屏過熱器，若竹屏數(shù)較多，可采用如圖54 (a)所示的方法來(lái)減小其受熱長(zhǎng)度偏差。如圖54(c)，外兩圈竹了截短，以減小其受熱長(zhǎng)度和阻力系數(shù)。在對(duì)各管組進(jìn)行流量不均性計(jì)算后，可以綜合采用幾種措施，以便最大程度減小同屏熱偏差。為下一步計(jì)算熱偏差提供了充分理論支持?？傊?，隨著機(jī)組容量的增大，切向燃燒鍋爐過熱器的熱偏差問題比較嚴(yán)重，雖然不能完全消除熱偏差，但隨著理論分析的深入，試驗(yàn)技術(shù)乎段的提高，計(jì)算方法的完善，可以在最大程度上有效地減小熱偏差，為大型鍋爐機(jī)組的優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供有利的保障。值此論文完成之際，對(duì)導(dǎo)師表示深深的敬意和衷心