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1、電站鍋爐過熱器超溫原因研究【摘要】過熱器受熱面中的工質(zhì)是高溫高壓的蒸汽,而受熱面又處于煙氣溫度較高的區(qū)域，工作條件比較惡劣。因而受設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行等諸多方面因素的影響，過熱器受熱面經(jīng)常發(fā)生超溫現(xiàn)象。本文通過分析發(fā)現(xiàn)影響過熱器超溫的原因，為防止電站鍋爐過熱器超溫提前采取預(yù)防措施或做出有針對性的檢修計(jì)劃，同時(shí)也可以在超溫問題出現(xiàn)后采取正確的措施?！娟P(guān)鍵詞】電站鍋爐；過熱器；超溫0前言發(fā)展大容量高參數(shù)鍋爐是我國電力工業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)重要技術(shù)政策。鍋爐蒸汽參數(shù)的提高，使得過熱器系統(tǒng)成為大容量鍋爐本體設(shè)計(jì)中必不可少的受熱面。這
2、部分受熱面內(nèi)工質(zhì)的壓力和溫度都相當(dāng)高，且大多布置在煙溫較高的區(qū)域，因而其工作條件在鍋爐所有受熱面中最為惡劣，受熱面溫度接近管材的極限允許溫度；而鍋爐容量的日益增大，使過熱器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布置更趨復(fù)雜，電站鍋爐中過熱器超溫問題也日益突出。許多電廠在發(fā)現(xiàn)過熱器超溫威脅爆管后不得不犧牲機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，使鍋爐做降溫運(yùn)行但是即便如此，仍不能徹底解決其超溫問題。本文系統(tǒng)全面的探討過熱器超的原因，通過分析發(fā)現(xiàn)影響過熱器超溫的原因很多，有設(shè)計(jì)、施工、檢修、運(yùn)行、制造、管理和煤種等諸多方面，而且這些因素又相互作用。因此往往不是由單
3、一因素造成，而是幾個(gè)因素同時(shí)存在并交互作用的結(jié)果。1鍋爐設(shè)計(jì)及制造對過熱器超溫的影響1.1設(shè)計(jì)原因1.1.1熱力計(jì)算不當(dāng)1）爐膛的傳熱計(jì)算不當(dāng)從鍋爐爐膛的傳熱計(jì)算計(jì)算目的而言，使用爐膛傳熱計(jì)算有兩個(gè)目的，第一是，進(jìn)行各受熱面的熱平衡計(jì)算，了解各級受熱面的進(jìn)出口煙溫和汽溫，第二是，了解爐膛中受熱面的熱負(fù)荷分布、煙溫分布、煙溫介質(zhì)及流速分布等。適合于以上的目的有以下兩類爐膛傳熱計(jì)算方法。（1）零維模型法該方法又稱常規(guī)的爐膛傳熱計(jì)算方法，使用該方法只能計(jì)算出一個(gè)爐膛出口煙溫，以確定各級受熱面的熱平衡，其中有代表性的影響
4、較大的有以下幾種：①1890年由Hnason和Orrok提出了的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式［1］。②Mullikin根據(jù)輻射傳熱的Stefan-Boltzmann定律提出的爐內(nèi)輻射傳熱計(jì)算公式［2］。③前蘇聯(lián)中央汽輪機(jī)鍋爐研究所（HKTM）以ryPBKH為首的研究小組在綜合了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出了鍋爐爐膛傳熱計(jì)算的半經(jīng)驗(yàn)方法，稱為UKTW法［3］。（2）多維模型方法從實(shí)際需要方面，由于鍋爐向大容量高參數(shù)發(fā)展后，計(jì)算和分析時(shí)不僅要知道爐膛出口煙溫，還需要了解爐內(nèi)溫度分布，熱流分析，流速均等，由于計(jì)算技術(shù)隨著電腦的發(fā)展,原先
5、描述燃燒過程和傳熱過程的微分方程，已經(jīng)可以通過電腦進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，根據(jù)不同的假設(shè)及模擬方法，主要有以下的多維模型，區(qū)域法（將爐膛劃分成若干體元和面元）；蒙特卡諾法（用概率擬跟蹤每個(gè)能束的發(fā)射，吸收，發(fā)射和反射）；擴(kuò)散近似法（用有限差分法求解）；熱流法（將微元體界面上復(fù)雜的半球空間熱輻射簡化成垂直于界面的均勻熱流；球形諧波法（用有正交性質(zhì)的球諧函數(shù)將輻射強(qiáng)度展開）；離散傳遞法（能束穿過內(nèi)部網(wǎng)格時(shí)輻射強(qiáng)度變化用一個(gè)計(jì)算模型表達(dá)進(jìn)行模擬）；離散坐標(biāo)法（將輻射強(qiáng)度的方向變化進(jìn)行離散）等等。2）管壁溫度計(jì)算中的系數(shù)選擇不當(dāng)（
6、1）互輻射因數(shù)輻射因數(shù)的計(jì)算是整個(gè)壁溫計(jì)算的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。以前在用輻射因數(shù)時(shí)，常常采用查曲線圖的方法，這樣會帶來一些缺陷：一是，不便于計(jì)算大量管子的壁溫；二是，查圖的準(zhǔn)確性不是很高。根據(jù)輻射因數(shù)的定義，我們可以推導(dǎo)出計(jì)算各排管子輻射因數(shù)的公式，這樣可以大大簡化計(jì)算的過程，節(jié)省整個(gè)壁溫計(jì)算的時(shí)間，可縮短工程設(shè)計(jì)和改造的周期⑷。（2）沿?zé)煹缹挾确较虻奈鼰岵痪鶆蛳禂?shù)為了計(jì)算沿爐膛寬度方向分布的各片過熱器和再熱器的各管壁溫，就需要確定沿?zé)煹缹挾确较虻奈鼰岵痪鶆蛳禂?shù)，以便準(zhǔn)確計(jì)算出各管的壁溫分布。但是，到目前為止，對因爐膛
7、出口煙氣殘余旋轉(zhuǎn)所引起的超溫問題，研究工作還沒有取得實(shí)質(zhì)性突破，還不能很好地從理論上計(jì)算出沿?zé)煹缹挾确较虻匚鼰岵痪鶆蛳禂?shù)，現(xiàn)在還只能通過理論分析和實(shí)測數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法來進(jìn)行確定。（3）沿屏高度方向的吸熱不均勻系數(shù)沿屏高度由于煙氣流動(dòng)偏差，存在沿高度方向上的吸熱不均勻系數(shù)，關(guān)于吸熱不均勻系數(shù)的理論計(jì)算很少，主要根據(jù)一些實(shí)測數(shù)據(jù)整理得到的沿高度的吸熱偏差系數(shù)。（4）屏底部煙窗與前部煙窗平均輻射熱負(fù)荷之比對于半大屏，存在前煙窗和底部煙窗，它們都對屏有輻射傳熱。一般情況下，根據(jù)熱力計(jì)算得到爐膛平均輻射熱負(fù)荷，然后計(jì)算出前
8、部煙窗的輻射熱負(fù)荷，最后再求出底部煙窗的輻射熱負(fù)荷。1.1.2爐膛設(shè)計(jì)高度偏低根據(jù)爐膛高度與火焰中心位置的關(guān)系式知道，火焰中心位置提高將導(dǎo)致過熱器超溫。1.1.3三通結(jié)構(gòu)的因素近年來，大容量電站鍋爐運(yùn)行中所發(fā)生的過熱器超溫問題，分析發(fā)現(xiàn)這跟目前電站鍋爐的過熱器集箱系統(tǒng)多采用三通結(jié)構(gòu)引入引出、管組采用并聯(lián)形式所造成的蒸汽側(cè)較大的流量偏差有很大關(guān)系。隨著鍋爐容量的增大，過熱器
