【正文】 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。 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。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。 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。 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 。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。 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)荷對稱分布時(shí)對應(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。 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。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。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]。 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。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? 。,1。 (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，爐膛出口及對流煙道沿寬度的熱力不均勻系數(shù) krmax,? 的一般在 ～ 范圍內(nèi)。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]。 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。至于管材不同時(shí)，按我國“電站鍋爐水動力計(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。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。熱效流量偏差是由于各管圈吸熱量差異引起的。 (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。屏區(qū)左右兩側(cè)氣流流動 ,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)。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。這些因素也會對管子金屬壁溫的超溫起到一定的 不利作用。 如果出口溫度高 , 反過來又會進(jìn)一步減小蒸汽流量 。 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。對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)。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。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頻頻發(fā)生，嚴(yán)重影響了發(fā)電廠的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，論文在關(guān)于熱偏差成因的綜合理論分析基礎(chǔ)之上，建立受熱面合理的蒸汽流量分配計(jì)算模型、熱偏差計(jì)算模型和壁溫計(jì)算模型，摒棄原有計(jì)算方法中的不足，采取適于工程應(yīng)用的計(jì)算方法，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地反映受熱面出口汽溫和管子壁溫分布情況。 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。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?，以及因集箱?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。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]。 ，利用實(shí)測數(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。如果屏前煙氣的煙溫高、黑度大 , 外圈管的總吸熱量就會增大很多 。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。而引起對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)。大量鍋爐局部超溫分析表明，煙溫偏差是造成受熱面超溫爆管的一個(gè)主要原因，因此有必要對影響煙溫偏差大小的因素進(jìn)行一定的分析。 [10] (1)運(yùn)行方式 (2)燃燒煤種偏離設(shè)計(jì)煤種 (3)一、二次風(fēng)配風(fēng)比 (4)燃燒器四角風(fēng)粉不均勻 (5)煤粉細(xì)度 (6)三次風(fēng)的影響 （ 7）負(fù)荷變化快慢 由于電網(wǎng)調(diào)度的需要，機(jī)組負(fù)荷經(jīng)常進(jìn)行大幅度變化，如果燃燒器層數(shù)及磨煤機(jī)投、停調(diào)整不當(dāng)，會造成著火推遲和火焰中心上移等問題，使?fàn)t膛出口煙溫上升，加劇爐膛出口的煙溫偏差。 從以上概述可以知道，沿?zé)煹缹挾壬细髋殴茏又g流量的分布主要取決于進(jìn)出口集箱中沿軸向方向上靜壓的分布和各排管子幾何特性的偏差以及由熱偏差引起的工質(zhì)比容偏差。由于該類集箱內(nèi)靜壓分布比較復(fù)雜，還有待進(jìn)一步的研究 [13]。但是由于同屏各管具有顯著的長度偏差、內(nèi)徑偏差或管材差異，從而引起的管間流量偏差則是不應(yīng)忽視的。原有壁溫計(jì)算方法的不足有以下幾點(diǎn) [18]： （ 1）原方法認(rèn)為蒸汽流量最小的管子正好熱負(fù)荷最大，而實(shí)際運(yùn)行實(shí)踐證明，情況并非如此； （ 2）在計(jì)算校核點(diǎn)的平均汽溫時(shí)，沒有考慮到各管段吸熱能力的不同，即取傳熱系數(shù)為定值； （ 3）在確定計(jì)算點(diǎn)周向平均熱負(fù)荷時(shí)，沒有考慮到管束前煙氣空間的影響。在吸熱不均系數(shù)計(jì)算中，就幾個(gè)比較重要的方面進(jìn)行分析。 令煙道寬度為 a，坐標(biāo)原點(diǎn)定位在煙道左端處，絕對坐標(biāo) x 的相對坐標(biāo)為 X=x/a，由第二章的內(nèi)容知道，沿?zé)煹缹挾鹊奈鼰岵痪禂?shù) krmax,? 分布函數(shù)為： EDXCXBXAXEaxDaCaxBaxAk??????????????????????????????????334234rxx? （ 32） 若過熱器再熱器沿?zé)煹缹挾葲]有分成幾段，可認(rèn)為集箱長度 L=a。,0 2211 ????????? ?mXXX 時(shí)； 非對稱分布函數(shù)：1069132701 1 874054 3 1681616 234 ?????? XXXXrx? （ 35） 沿水平煙道寬度 當(dāng) ,。 熱偏差計(jì)算相關(guān)參數(shù)的確定 受熱面偏差系數(shù) ? 的確定 設(shè)屏中任一管段 a ，其長度為 al ，它接受屏間煙氣輻射的面積為 pH ,接 第 3 章 過熱器熱偏差基本計(jì)算方法 15 受爐膛輻射的受熱面積為 fH 。各排管子的輻射角系數(shù) x 隨 ds/1 變化較大， x 可以由各排計(jì)算式來求。 化簡后的 n 個(gè)方程為： ? ? ? ?? ????????????????????????????????????????????????? ????100202000120010102200200112001001nxnnnGGGGGcGkkGcGkkGcGkkG （ 329） 同樣，可以在式 兩邊同時(shí)除于當(dāng)量支管的平均流量 0G ，可以得到關(guān)于流量不均系數(shù)的計(jì)算關(guān)系式： ? ? ? ?2 00200,oxxxoooxooxxG Gk ababGGkkGG ??????????????? （ 330） 引入管子系數(shù) xB ，其表達(dá)式為： ? ? ? ? ? ? ? ????????? ? ????????dfxxxxxxx pababAGk ababB 0020 00 （ 331） 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 20 其中：管組結(jié)構(gòu)系數(shù)212?????????????? ????????? ?? ? ffhx AAdlA ???? （ 332） A — 管組總截面積（ ㎡ ）； fA — 分配集箱截面積（ ㎡ ）； dfp? — 分配集箱進(jìn)口動壓，且ffdf gWp ?2 2?? （ 2/mkgf ） ； fW — 分配集箱進(jìn)口流速（ m/s）。 圖 37(a) 屏過屏間流量不均勻系數(shù)曲線 圖 37(b) 高過片間流量不均勻系數(shù)曲線 第 3 章 過熱器熱偏差基本計(jì)算方法 21 同屏 管 間流量偏差計(jì)算 由引起同屏 管間流量偏差的原因分析知道，即使并列管圈兩端的壓差 p? 相等，也會由于各套管子的阻力系數(shù)不同及吸熱差別造成的蒸汽比容不同而引起流量不同。在計(jì)算時(shí)，首先假定一個(gè)迭代初始值 oA ,由式 解出各套管流量，再代入式 進(jìn)行驗(yàn)算，不符合時(shí)修正 A 值，至到誤差小于規(guī)定值時(shí)為止。 為了保證鍋爐可靠運(yùn)行，所有受熱面的壁溫必須低于所用鋼材最高許用溫度，并滿足強(qiáng)度計(jì)算要求。 （ 2）計(jì)算點(diǎn)沿管子周界熱負(fù)荷最高處的外壁溫度