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大型電站鍋爐過(guò)熱器系統(tǒng)熱偏差分析與計(jì)算_大學(xué)本科生畢業(yè)論文(參考版)

2024-09-01 17:00本頁(yè)面
  

【正文】 可以預(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。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。 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(guò)熱器、高溫過(guò)熱器和高溫再熱器管屏出口平均汽溫。 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 26 頂棚過(guò)熱器和包墻過(guò)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。 立式低溫過(guò)熱器位于尾部煙道轉(zhuǎn)向室內(nèi),水平低溫過(guò)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。 過(guò)熱器分隔屏位于爐膛上方,前墻水冷壁和過(guò)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。 末級(jí)過(guò)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。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 。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。 通過(guò)過(guò)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 ?!?)]; ? — 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)。 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 該溫度用于校核管子的強(qiáng)度計(jì)算。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。對(duì)于過(guò)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(guò)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(guò)熱器 熱負(fù)荷對(duì)稱( ) 熱負(fù)荷非對(duì)稱( 14,15) 高溫過(guò)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(guò)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。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(guò)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(guò)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(guò)管組的平均壁溫,甚至超過(guò)最高許用溫度,引起管子爆管事故。 屏過(guò)、高過(guò)和高再最大熱偏差值及其對(duì)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(jì)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(jí)受熱面的金屬壁溫是否超過(guò)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(duì)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]。 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。 (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(guò)片間偏差曲線 根據(jù)熱偏差系數(shù)計(jì)算方法分別對(duì) 1109t/h 自然循環(huán) 鍋爐屏過(guò)、高過(guò) 的并列管屏在兩種熱負(fù)荷分布兩種情況進(jìn)行了計(jì)算。 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。 各套管的壓力平衡方程: 22022022011424242 ??????????????????????????????????????????????????????dggZdggZdggZpnnin ?????? ( 334) 化簡(jiǎn)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(gè)方程便是各套管流量初步計(jì)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(jì)算程序。 下面介紹一種初步的計(jì)算方法: 假設(shè)某過(guò)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(guò)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。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)。在過(guò)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(zhǎng)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。高過(guò)和高再分配、匯流集箱 [2]。屏式過(guò)熱器管屏數(shù)為 18 片,高溫過(guò)熱器管屏數(shù)為 30 片,高溫再熱器管屏數(shù)為 60 片。對(duì)于同屏 各管流量計(jì)算時(shí),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]。 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)。在式 中,只有流量 未知,可以通過(guò) n 個(gè)方程預(yù)先假定 3 個(gè)第一根當(dāng)量管的流量 ? ?1?OOG、 ? ?2?OOG、 ? ?3?OOG,代入下面化簡(jiǎn)后的 n 個(gè)方程,可以算出三個(gè)對(duì)應(yīng)的總流量 ? ?1?OXG、 ? ?2?oxG、 ? ?3?oxG,利用圖解逐步逼近法可以求得符合條件的第一根支管的流量 ooG ,把 ooG 代入方程組,依次可以求出其它各支管的流量。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]。 并聯(lián)管組流量偏差 計(jì)算 屏間流量偏差計(jì)算 沿集箱長(zhǎng)度方向上并聯(lián)各管屏流量計(jì)算 時(shí),可以把每一片管屏視為分配及匯流集箱之間的一根當(dāng)量支管,根據(jù)管屏結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)及管屏材料特性,計(jì)算出每根當(dāng)量支管的阻力系數(shù)。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)。 圖 35 h 示意圖 第 3 章 過(guò)熱器熱偏差基本計(jì)算方法 17 圖 36 垂至于輻射方向第 2 排及以后各排管子的 p 值 對(duì)流管束前后煙室容積各排管子的輻射角系數(shù) 表 各系數(shù)值(橫行為系數(shù)縱行為管排號(hào)) A B C D E F 1 2 3 4 5 0 6 0 0 0 0 布置在倒 U 型爐膛水平煙道中的過(guò)熱器和再熱器管組中各排管子接收管組前、后煙氣容積的輻射角系數(shù) x 一般隨縱向節(jié)距比 ds/2 變化很小,且 ds/2 變化不大。 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(shuō)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(guò)熱器或再熱器垂直于煙氣輻射的各管排 : 第一排管: 41 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。 令 dxsEo /2 2? ,則有: aoo dlEH ? ( 2m ) ( 39) 其中 oE 稱為中間管的面積折算系數(shù)。對(duì)每片屏中的中間管而言,每米長(zhǎng)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: tg dsdssdx ?????? 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。 圖 33 高過(guò)各管屏對(duì)應(yīng)的吸熱不均系數(shù) 根據(jù)吸熱不均分布函數(shù)可以求出每級(jí)受熱面每片管屏對(duì)應(yīng)的吸熱不均勻系數(shù),便于準(zhǔn)確計(jì)算管段出口汽溫和危險(xiǎn)點(diǎn)的壁溫。假設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)取在煙道左端,從左端開(kāi)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? 。,1。,1。,1。,1。 根 據(jù) 合 理 的 假 設(shè) 條 件 , 本 節(jié) 求 出 了 最 大 吸 熱 不 均 系 數(shù) m a x,xm a x, ?? kkx ?? 和 時(shí),吸熱不均系數(shù)函數(shù)呈對(duì)稱布置和偏向右側(cè)四分之一煙道的函數(shù)表達(dá)式。利用已知的幾個(gè)條件可以求出函數(shù)中的五個(gè)待
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