【導(dǎo)讀】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)組重要的部件，其?？煽窟\(yùn)行無疑對整個機(jī)組的安全運(yùn)行有著非常重要的意義。隨著機(jī)組容量的增。安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。鑒于上述原因，關(guān)于熱偏差的成因及熱偏差、壁溫計算方法的。但多數(shù)人員對熱偏差成因的研究多側(cè)重于某一。站鍋爐來說，不可避免地帶來一些問題。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。提出相應(yīng)的減小措施或預(yù)防對策。了實(shí)際應(yīng)用，對引起熱偏差的主要因素進(jìn)行了分析。計算結(jié)果證明本文采用的計。化設(shè)計、事故分析提供了一定的參考價值和實(shí)際指導(dǎo)意義。

　　

【正文】 的三個流量不均系數(shù)進(jìn) 行與流量相似的計算，可以計算各支管的流量不均系數(shù)。在計算屏 間流量不均系數(shù)時，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，簡化了計算過程。對于同屏 各管流量計算時，因并聯(lián)各管阻力系數(shù)差異較大，各流量系數(shù)就不相同 [28]。 根據(jù)式 計算 330MW 自然循環(huán)鍋爐屏過、高過 屏間流量不均系數(shù)的分布情況如圖 37 中的（ a）、（ b） 。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。在計算片間流量偏差時，取高再當(dāng)量支管數(shù)為 20 根、。高過和高再分配、匯流集箱 [2]。 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算方法 21 同屏 管 間流量偏差計算 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。同屏各套管的流量分配是在壓力平衡和流量平衡兩個條件下進(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。由于各管間的流量分配不但與各管的幾何參數(shù)有關(guān)， 還與蒸汽參數(shù)有關(guān)，而蒸汽參數(shù)又與吸熱量及流量有關(guān)。因此，各管流量的計算分兩個階段進(jìn)行 [29]： （ 1）初步采用簡化方法計算，直接計算出各管的流量； （ 2）等各段工質(zhì)溫度確定之后，獲得各管出口的蒸汽焓值，重新計算各管的平均比容，加上平均壓力，再利用兩個平衡條件求解考慮了各管蒸汽比容差異的各管流量，至到誤差滿足一定的要求為止。 下面介紹一種初步的計算方法： 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算得到，可以使管間流量計算結(jié)果更為準(zhǔn)確。該管屏各管兩端的壓差為 p? ，設(shè)第 i 套管子的總阻力系數(shù)為 1Z ，該管子的質(zhì)量流量為 1g ，管子內(nèi)徑為 1d ；設(shè)管組的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑為 od 及各套管各段內(nèi)工質(zhì)比容均為一致。 各套管的壓力平衡方程： 22022022011424242 ??????????????????????????????????????????????????????dggZdggZdggZpnnin ?????? （ 334） 化簡得到： AgZgZgZgZ nnii ???????????? 22222211 （ 335） 第 j 管屏流量平衡方程為： jni Dgggg ??????????? 21 （ 336） 以上兩個方程便是各套管流量初步計算的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)學(xué)模型編制了管間流量迭代計算程序。在計算時，首先假定一個迭代初始值 oA ,由式 解出各套管流量，再代入式 進(jìn)行驗(yàn)算，不符合時修正 A 值，至到誤差小于規(guī)定值時為止。 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 22 熱偏差系數(shù)計算 根據(jù)熱偏差系數(shù) ? 的定義，在計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)式計算；或者根據(jù)熱力計算得到管組中計算管 i 自蒸汽進(jìn)口到計算點(diǎn)的焓增 ih? 以及相應(yīng)區(qū)段管組的平均焓增 ??ih 求得對應(yīng)管段的熱偏差系數(shù)，即： GHriihh ???? ????? （ 337） 由計算分析知道，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。如果不是對每根管子都進(jìn)行計算，在選擇 計算管時，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、 G? 最小及 r? 最大的點(diǎn)，最后確定計算管 [30]。 (a)額定負(fù)荷 (b)最大負(fù)荷 圖 38 后屏屏間偏差曲線 (a)額定負(fù)荷 (b)最大負(fù)荷 圖 39 高過片間偏差曲線 根據(jù)熱偏差系數(shù)計算方法分別對 1109t/h 自然循環(huán) 鍋爐屏過、高過 的并列管屏在兩種熱負(fù)荷分布兩種情況進(jìn)行了計算。三種受熱面管屏在兩種熱負(fù)荷分布 第 3 章 過熱器熱偏差基本計算方法 23 情況下對應(yīng)的吸熱不均系數(shù)、流量不均系數(shù)和熱偏差系數(shù)的分布曲線分別如圖 3 39 中的（ a）、（ b）所示。 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。對于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。 屏過、高過和高再最大熱偏差值及其對應(yīng)的流量偏差和吸熱偏差的數(shù)值匯總在表 中： 表 最大熱偏差系數(shù) 金屬壁溫計算 鍋爐的工作可靠性在很大程度上決定于其受壓部分各級受熱面的金屬壁溫是否超過所用鋼材在所受應(yīng)力水平下的許用溫度，而某一局部地點(diǎn)受熱面的金屬壁溫首先決定于該點(diǎn)管內(nèi)介質(zhì)溫度 t ， 其次決定于該點(diǎn)所處位置煙氣溫度值? 、煙氣對管子外壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 1? 或者熱負(fù)荷 q 、管子內(nèi) 壁與介質(zhì)之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 2? 、管子壁厚 ? 、鋼材導(dǎo)熱率 ? 、管子積灰和其內(nèi)壁積垢的厚度以及其導(dǎo)熱率 [27]。 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)度計算要求。現(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。因此，對熱負(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。對于過熱系統(tǒng)受熱面，在進(jìn)行壁溫校核計算前，應(yīng)估計到最大熱負(fù)荷管易出現(xiàn)在以下部位： （ 1）對于順列 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 （括號內(nèi)數(shù)字代表管屏序號） r? G? r? 屛式過熱器 熱負(fù)荷對稱（ ） 熱負(fù)荷非對稱（ 14,15） 高溫過熱器 熱負(fù)荷對稱（ 15,16） 熱負(fù)荷非對稱（ 22,23） 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 24 （ 2）對于錯列管束，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。 壁溫計算需要考慮的一些因素為沿?zé)煹澜孛婧凸茏訄A周的受熱不均勻性、沿管壁熱量的均流和平行管的流動不均及結(jié)構(gòu)差別，并相應(yīng)地計算各不均勻系數(shù)值。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)計算公式求得。 下面介紹一個 管子金屬壁溫計算模型 ： 接受煙氣加熱的光管，為校 驗(yàn)其工作可靠性，一般計算兩種壁溫： （ 1）計算點(diǎn)沿管子周界熱負(fù)荷最高處的計算壁溫 bt ,即管子內(nèi)外壁溫的算術(shù)平均值。該溫度用于校核管子的強(qiáng)度計算。 （ 2）計算點(diǎn)沿管子周界熱負(fù)荷最高處的外壁溫度 wt ，該溫度用于校核管子的氧化速度。 wt 計算公式 ???????? ????? m a x2m a x 12 qqJtt jw ? ????? （ 338） 其中： jt — 計算點(diǎn)管內(nèi)介質(zhì)溫度（℃）； J — 熱量均流系數(shù)； 2? — 計算點(diǎn)管子內(nèi)壁對介質(zhì)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) [kW/（ 2m ℃） ]； maxq — 計算點(diǎn)管子外壁沿周界最高熱負(fù)荷（ kW/ 2m ）； ? — 計算管壁厚度（ m）； ? — 管壁鋼材熱導(dǎo)率 [kW/(m℃ )]； ? — 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）。 bt 計算公式 由計算壁溫定義得： ???????? ???? m a x2m a x 1 qqJtb ? ????? （℃） （ 339） 其中表達(dá)式中的符號與式 中的相同。 通過過熱偏差計算，計算出計算點(diǎn)的蒸汽溫度 jt 和相應(yīng)的參數(shù)，根據(jù)壁溫計算模型計算 wt 和 bt 。但在計算中還應(yīng)注意以下偏差因素對壁溫計算的影響 [29]: （ 1）在計算管組進(jìn)口，由于蒸汽未充分混合而由前級管組帶來的汽溫偏差； （ 2）由于運(yùn)行工況與熱力計算不符，在計算管組后的噴水量大于設(shè)計值時使整個計 算管組汽溫水平增高； 第 3 章 過熱器熱偏差基本計算方法 25 （ 3）沿?zé)煹缹挾燃坝嬎愎苤芙缟蠠嶝?fù)荷和積灰厚度的不均勻。當(dāng)煙氣橫向沖刷管子時，沖刷作用最強(qiáng)處熱負(fù)荷最大，積灰厚度又最薄。 實(shí)例鍋爐介紹 吉林松花江 2X330MW 鍋爐 為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，采用平衡通風(fēng)、直流式燃燒器、四角切圓燃燒方式，燃用褐煤。鍋爐以最大連續(xù)負(fù)荷（即 BMCR 工況）為設(shè)計參數(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，鍋爐的額定蒸發(fā)量為 。 鍋爐容量及主要參數(shù) 表 工況 鍋爐 容量及主要參數(shù) 項 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 相關(guān)介紹 過熱器由五個主要部分組成 : a) 末級過熱器； 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。 末級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)距沿整個爐寬方向布置。 過熱器后屏位于爐膛上方折焰角前，共 20 片，管徑為Φ 60/Φ 54，以 的橫向節(jié)距沿整個爐膛寬度方向布置。 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。管徑為Φ 51，從爐膛中心開始，分別以 3429mm、 、 的橫向節(jié)距沿整個爐膛寬度方向布置。 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。 水平低溫過熱器位 于尾部豎井煙道省煤器上方，共 110 片，管徑為Φ 51，以 136mm 的橫向節(jié)距沿爐寬方向布置。 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。后煙道包墻過熱器形成一個垂直下行的煙道。 實(shí)例應(yīng)用計算結(jié)果 根據(jù)熱偏差計算理論，針對兩種熱負(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。根據(jù)計算結(jié)果，繪制了各受熱面管屏汽溫柱狀分布趨勢圖，以便直觀分析各管屏的危險程度。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。 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。 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。從偏差計算結(jié)果知道， 兩 種受熱面的屏間流量偏差幅度相對不大，熱負(fù)荷分配不均是造成屏間汽溫偏差的主要因素，最大汽溫偏差在 40℃左右?？梢灶A(yù)測，如果集箱布置方式不當(dāng)，引起較大的屏間流量偏差時，兩種因素重疊在一起，就會導(dǎo)致更大的汽溫偏差。 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 第 3 章 過熱器熱偏差基本計算方法 27 表 三 種受熱