600MW超临界锅炉机组螺旋管圈水冷壁管壁温度

600MW超临界锅炉机组螺旋管圈水冷壁管壁温度

第 5期20 09年 9月

锅

炉

制

造

No 5 .

BOI LER M ANUFACTURI NG

S p. 0 9 e 20

文章编号：N 3—14 ( 09 0 0 1 0 C2 2 9 2 0 )5— 0 0— 4

60 0 MW超临界锅炉机组螺旋管圈水冷壁管壁温度李春燕，韩书霞，阎维平( .北电力大学，北保定 0 10;.台冶金轧辊厂，北邢台 04 2 ) 1华河 70 3 2邢河 5 05

摘

要：超临界锅炉水冷壁尤其是燃烧器区水冷壁的温度场计算对水冷壁的安全运行有重要意义。本文采用

分区段热力计算方法计算了向火侧的热流密度。依据水冷壁入口和出口工质的实际温度和压力确定了管内工质温度及管内的对流换热系数。基于有限元法对某电厂 60 0 MW发电机组锅炉在 10 B R工况条件下 0% MC螺旋管圈水冷壁温度场进行了分析计算。 关键词：临界机组；超膜式水冷壁；限元；温有壁中图分类号：K 2 . T 233文献标识码： A

Re e r h o a lTe sa c n W l mpe a u e o pia be W a e a l r t r f S r lTu trW l f r 6 0 W u e c iia i r o 0 M S p r rtc lBo l eLiC n a, n S x a。 Y n Wepig hu y n Ha hu i a i n,

( . u b i l tcP w rU iecy B o ig 7 3 C i; 1 H a e Ee r o e nvri, ad 0,ha ci t n 01 0 n

2 X n t t l g o o, i t 5 0 5 C i ) . ig i a u yR lC . X n a 0 4 2,hn a Me l r l gi aAbsr t h ac l t n o u e ciia olr wae wale p csl i u n r z n s i o n o tac: e c lu a i f s p r rtc l b i tr l s e il n b r e o e i mp￣a tfr o e y s ft p r to aey o e ain.Flx r t f te fr u ae o h e—f cn i e i a c l td i e to i a i g sd s c u ae n s cin. T e wo k c n i o f l h r o dt n o i wo k n dum s d t r n d b s

d o ne dim n u ltme i m. d h a r n fr c ef r i g me i i ee mi e a e n il tme u a d o t d u An e tta se o f e ice ti e ne in sd f d. I h s p p r t e tmpea u e fed o 0 i n t i a e h e r t r l fa 6 0M W u e c i c lb i r wae wal i i s p rrt a o l t r l n i e

b r e o e i ac ltd b s d o n t u rz n sc l ua e a e n f ie—ee n t d. n i l me tmeho

Ke r s s p rr ia o lr me r n ae w l; n t lme t w tr y wo d: u e c i c l i; mb a e w t r a l f i ee n; ae—w l tmp r t r t b e i e al e e a u e

0引言 我国自上世纪 9 0年代开始引进大型超临界直流机组，运行可靠性、济性以及低污染物排在经

壁管超温或应力集中就会引起爆管。因此，冷水壁的温度计算对水冷壁的安全运行有重要意义。本文在超临界单相流强制换热研究的基础上

确定了管内对流换热边界值，利用分区段热力计

放等方面都有了较大幅度的提高 J。但在机组频繁参与调峰的运行过程中，冷壁内工质的流水动状态及物理特性均会发生很大变化，这将直接

算确定了管外壁热负荷强度，基于有限元法对水冷壁在超临界工况下燃烧器区水冷壁温度场进行了计算，为超临界机组的安全运行提供参考。

影响管内换热，而影响水冷壁的温度。而水冷从

收稿日期：0 9— 6—1 20 0 9

作者简介：李春燕(9 3一)女，山东聊城人，师， 17,汉，讲博士研究生，从事锅炉材料方面的研究。

600MW超临界锅炉机组螺旋管圈水冷壁管壁温度

第 5期

李春燕，:0 M超临界锅炉机组螺旋管圈水冷壁管壁温度等 60 W

1 1

1计算模型 1 1某 6 0 M超临界机组容量及参数 . 0 W本文对某 6 0 0 MW超临界直流锅炉的螺旋管

1 3水冷壁管计算模型 .对各标高处水冷壁管沿垂直于轴线的方向进行截取，得的截面图如图 2所示，获考虑水冷壁管的对称性，最后计算温度场选

取的水冷壁管截面如图 3所示。燃烧热负荷

圈水冷壁温度场进行了计算，炉容量及主要参锅数如表 1所示。表 1锅炉容量及主要参数

jJljljl

图 2截取得到的水冷壁管截面图

A

B

12锅炉水冷壁结构 .

水冷壁的结构如图 1示。下部水冷壁及灰所斗采用螺旋管屏，上部水冷壁为垂直管屏，螺旋管屏和垂直管屏的过渡点在标高 4 . 5 3 8 9米处。下部水冷壁由直径+ 8m壁厚为 6 5mm、 3 m、 .材料为 S 23 1、 A一 1 T 2节距为 5 3mm的光管组成的管带围绕成。燃烧器采用三井巴布科克开发的低 N x O轴流燃烧器， 3共 2只，四层前后墙对冲布置，分位置如图 1中 A、 c、虚线所示 ) B、 D(。为了对炉膛C

D

进行分区段计算，螺旋管圈所在区域分为 7段，将 各区段水冷壁管温度场计算截面的标高如图 1所示图 3水冷壁模型图

1 4水冷壁管钢材性能 .本锅炉机组螺旋管圈水冷壁选用 S一 A

23 1,设计温度为 40℃,限温度为 50 1T 2其 8极 6螺旋管屏到垂直管屏转换点标高 4 .6米 38

℃。材料的物理性能如表 2所示。段 )乏)

2有限元剖分模型 用有限元进行热分析计算的基本原理是将所处理的对象首先划分为有限个单元，根据能量守恒原理求解一定边界条件和初始条件下每一节点处的热平衡方程，由此计算出各节点温度值，继而进一步求解出其他相关量。本文采用双线性四

A标高 2 .8 98 B标高 2 . 60 4 c标高 2 .9 21 D标高 l -5 83

3 .( 1第 6

段)

2 ( 4区段 ) 7第 2 .( 3区段 ) 35第

1 .( 2区段 ) 95第 1 . ( 1区段 ) 53第 4

边形单元对模型进行剖分 (图 4所示 )以获得如，图 1直流锅炉的炉膛布置

较好的计算精度。

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总第 27期 1

3边界值的确定 3 1燃烧器区热负荷的值 .本文应用能量方程式求得最大放热区段出口

处的烟气温度，然后沿炉膛高度方向应用能量方程式依次求取其余各区段的进、口烟温。计

算出出每一个区段的进、口烟温之后，出就可以求出各个区段的辐射受热面热负荷。本锅炉的燃烧器区分四层，螺旋管圈通过的区域，是也是热负荷

最高的区域。各区段的热负荷计算结果如表 3所图 4有限元的网格划分示

表 3 10% B R工况条件下热负荷分布 00 MC

3 2工质物性的确定 .

在各区段出口处的焓值。从而可以确定工质的温

根据分区段热力计算得到各区段热负荷值， 确定工质在各段的焓增值。根据焓增值确定工质

度。各区段工质出口温度值如表 4所示。

表 4各区段不同工况下的热负荷及调整值和各区段出口工质温度

3 3传热系数的计算 .本文引用了文献 4中超临界工况条件下的换

热系数实验关联式进行计算，计算式如式 l和式2所示。

Nb0o R￣ b3p] U .6%' 0(""= o 8 9" n6㈡,

( 2 )

式中，下标 W表示内壁， b表示工质，N表 u

倾斜管的上母线的传热系数计算关联式：Nu b=3. 2 x1 4 b" 1 ro7 7 0- Re 11 p b.5 2 0’酊∞

示由工质温度确定的努谢尔特数，R e是雷诺数，

P是普朗特数， r P是密度， A是导热系数。 通过上式计算，到各工况条件下传热系数得随角度的分布。其中，0% B R条件下管壁内 10 MC传热系数随角度的分布如图 5所示。

() 1

倾斜管沿周向的传热系数的计算关联式：

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