【正文】 [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。 (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(jì)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(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)、流量不均系數(shù)及結(jié)構(gòu)不均系數(shù),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)的焓增以及相應(yīng)區(qū)段管組的平均焓增求得對應(yīng)管段的熱偏差系數(shù)，即： （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： （334） 化簡得到： （335） 第j管屏流量平衡方程為： （336）以上兩個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 （kg/s）；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。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。高過和高再分配、匯流集箱[2]。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。對于同屏各管流量計(jì)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]。則式 ： （333）可以假定第一支管的三個流量不均系數(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 ，只有流量未知，可以通過 n 個方程預(yù)先假定 3 個第一根當(dāng)量管的流量、代入下面化簡后的 n 個方程，可以算出三個對應(yīng)的總流量、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，把代入方程組，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) ，即： （321）其中：為該管子內(nèi)工質(zhì)平均比容，在初始計(jì)算時，可認(rèn)為并聯(lián)各當(dāng)量支管的相同，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)算沿集箱長度方向上并聯(lián)各管屏流量計(jì)算時，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： （320）式中 A、 B 、C 、 D 、 E 和 F 表示待定系數(shù)。圖 35 示意圖圖 36 垂至于輻射方向第 2 排及以后各排管子的 p 值 對流管束前后煙室容積各排管子的輻射角系數(shù) （橫行為系數(shù)縱行為管排號）ABCDEF12345060000布置在倒 U 型爐膛水平煙道中的過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)一般隨縱向節(jié)距比變化很小，且變化不大。就幾種情況下受熱面偏差系數(shù)的具體計(jì)算方法作一些說明：管間煙氣輻射受熱面偏差系數(shù) 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a. 一般中間管：由受熱面偏差系數(shù)定義，； （311）b. 首排管和末排管：； （312）c. 懸空管：； （313）d. 緊貼管：； （314）e. 兩面相鄰節(jié)距不同的管段： （315）對流受熱面偏差系數(shù)：； （316）： （317） 管前煙室輻射因數(shù)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：（318）第 1 排管的值可由計(jì)算式求出，也可以根據(jù)管子的縱向節(jié)距比由圖 34中曲線查取。令，則有： （） （39）其中稱為中間管的面積折算系數(shù)。對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，其總輻射受熱面包括左右兩側(cè)，其值為，其中 為屏間煙氣對管段的角系數(shù)，其計(jì)算式為： （38）式 中：—管子外徑（）； —管子縱向節(jié)距（）； —兩管內(nèi)切線與垂直方向上的直徑的夾角（176。圖 33 高過各管屏對應(yīng)的吸熱不均系數(shù)根據(jù)吸熱不均分布函數(shù)可以求出每級受熱面每片管屏對應(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點(diǎn)的壁溫。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)一個坐標(biāo)，可以求出每一管屏處的吸熱不均系數(shù)。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)時，吸熱不均系數(shù)函數(shù)呈對稱布置和偏向右側(cè)四分之一煙道的函數(shù)表達(dá)式。利用已知的幾個條件可以求出函數(shù)中的五個待定系數(shù)[24]。有的鍋爐其對流煙煙道中過熱系統(tǒng)受熱面沿?zé)煹缹挾鹊臒崃Σ痪鶆蛳禂?shù)最大值達(dá)到 ～，甚至以上的數(shù)值[23]。(a) (b)圖32沿?zé)煹缹挾任鼰岵痪禂?shù)分布根據(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)的一般在 ～ 范圍內(nèi)。 沿對流煙道寬度的吸熱不均勻系數(shù)爐膛出口煙氣在進(jìn)入對流煙道時，由于殘余扭轉(zhuǎn)的存在，使沿?zé)煹缹挾确较蛏系臒熕贌煖胤植疾痪瑹煔鈱Ω鞴芷粒ㄆ┑谋砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)和傳熱量不同，造成沿?zé)煹缹挾雀鞴芷翢嶝?fù)荷的不均勻。 沿爐膛寬度熱負(fù)荷不均勻系數(shù)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，便于程序計(jì)算。比較準(zhǔn)確地計(jì)算管段的吸熱量和管段計(jì)算點(diǎn)處的最大熱負(fù)荷強(qiáng)度，是熱偏差計(jì)算中的重要環(huán)節(jié)。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]。近年來，數(shù)值模擬方法逐漸用于爐內(nèi)空氣動力場的研究，并嘗試應(yīng)用于爐膛溫度場的計(jì)算，希望通過考慮火焰輻射傳熱計(jì)算關(guān)系，給出爐膛內(nèi)部及出口煙氣溫度分布，以二維煙溫分布計(jì)算壁溫，使壁溫計(jì)算更具針對性，反映鍋爐結(jié)構(gòu)、燃燒特點(diǎn)對壁溫分布的影響。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。現(xiàn)代大型鍋爐因其顯著的幾個特點(diǎn)使蘇聯(lián)熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于熱偏差及壁溫計(jì)算的方法已不再適應(yīng)。第3章 過熱器熱偏差基本計(jì)算方法第3章 過熱器熱偏差基本計(jì)算方法鑒于過熱系統(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。再熱器受熱面有兩個突出的特點(diǎn)：一是管組中并聯(lián)管子數(shù)目多，管徑粗，管組的設(shè)計(jì)阻力??；二是蒸汽參數(shù)低，蒸汽在集箱中的流速高，分配、匯流集箱中的動壓頭和最大靜壓差和較大。當(dāng)同屏熱偏差很大時，由蒸汽比體積引起的流量偏差也會有一定的數(shù)值[17]。 過熱系統(tǒng)管組易產(chǎn)生流量不均的類型屏式過熱器同一片屏中的并聯(lián)管排數(shù)目一般不算較多，集箱中的最大蒸汽流速較低，集箱中軸向靜壓變化所引起的屏間流量偏差不是很大。至于管材不同時，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)值是珠光體鋼值的 ～ 左右。由流體力學(xué)的理論可以知道，管子的折算阻力系數(shù)Z 的表達(dá)式： （25）其中：λ 、ζ —分別為管子的摩擦阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)；l、 d —分別為管子的長度和管子內(nèi)徑。 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]。 (a)Z型 (b)U型圖 26集箱及其靜壓變化根據(jù)國內(nèi)對過熱系統(tǒng)帶三通集箱流量分布的冷態(tài)?；囼?yàn)結(jié)果分析知道：在集箱三通區(qū)域氣流急轉(zhuǎn)形成渦流，渦流區(qū)的靜壓急劇降低是造成該區(qū)域管排流量減少進(jìn)而導(dǎo)致受熱面超溫爆管的主要原因[28]。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。典型集箱布置型式如 Z 型和 U 型，集箱中靜壓變化情況如圖 23（a）和圖 23（b）所示?，F(xiàn)代大型鍋爐由于煙道寬度尺寸相對鍋爐容量的增加而增長較慢以及為了簡化系統(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]。由于屏間和管間熱負(fù)荷不均的存在而導(dǎo)致各管圈吸熱量的不同，必然加劇各管圈流量分配的不均性。熱效流量偏差是由于各管圈吸熱量差異引起的。根據(jù)研究結(jié)果，引起工質(zhì)流量分配不均的原因可以歸結(jié)為三方面的原因[11]：（1）由集箱效應(yīng)引起的屏（片）間流量分配不均；（2）由于各排管子結(jié)構(gòu)差異引起的管間流量不均；由流體力學(xué)的基本理論： （24）可知，壓差一定時，阻力系數(shù) Z 與流量 G 的平方成反比，所以管子結(jié)構(gòu)的差異將引起管子流量分配的不均?？傊捎谟绊憼t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。(4)煙氣走廊對流煙道中過熱器和再熱器受熱面下沿與煙道底部壁面之間通常存在比較大的空隙，即所謂的煙氣走廊，由于此區(qū)域的阻力較小，從爐膛出口流出的部分煙氣流向這里，使該處的煙速煙溫偏差加大。(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。圖 21 爐膛燃燒器處斷面形狀 (2)爐膛燃燒高度煙溫偏差與燃燒器最上層含粉氣流噴口至水平煙道下沿的距離 h 有關(guān)，h 越大，爐膛水冷壁受熱面的冷卻能力越強(qiáng)，氣流旋轉(zhuǎn)衰減的歷程越長，爐膛出口殘余旋轉(zhuǎn)越小，爐膛出口平均煙溫越低，煙溫偏差就越小。 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，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)氣條件差異不會很大。 影響煙溫偏差大小的因素現(xiàn)代鍋爐向大容量、高參數(shù)發(fā)展，爐膛斷面和煙道寬度相應(yīng)增大，爐膛火焰中心容易發(fā)生偏斜，爐內(nèi)沿高度及寬度的熱負(fù)荷分布不均，而且隨容量的增加，爐膛出口氣流殘余旋轉(zhuǎn)相應(yīng)增大，致使對流煙道內(nèi)的煙速煙溫偏差更加嚴(yán)重。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