-mw超临界锅炉膜式水冷壁的热力学行为研究-.

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1、600MW超临界锅炉膜式水冷壁的热/力学行为研究基金项目：沈阳工程学院博士启动项目作者简介：刘旭东(1975-)，男，汉族，湖南邵东人，博士后，副教授，主要从事锅炉水冷壁的热力学行为研究．E-mail:liuxd@sie.neu.edu.cn．刘旭东1张劲松2（1.沈阳工程学院，沈阳110136;2.中国科学院金属研究所，沈阳110016）摘要：建立了超临界锅炉膜式水冷壁的温度场与应力分布的有限元计算模型。结果表明，在向火侧中心和鳍片中心的温度最高，而且向火侧内、外壁面温差最大，为29℃；水冷壁管与鳍片的接触面的热应力最大，为1.77GPa，而且在向火侧中心的变形量较大，内

2、、外壁面的最大变形量分别为0.193mm和0.222mm。关键词超临界锅炉；膜式水冷壁；温度场；热应力；有限元模型StudyontheThermalandMechanicalBehaviorofMembraneWaterwallof600MWSupercriticalBoilerLIUXudong1ZHANGJingsong2(1.ShenyangInstituteofEngineering,Shenyang110136;2.InstituteofMetalResearch,ChineseAcademyofScience,Shenyang110016)Abstract:Af

3、inite-elementmodelwasestablishedtopredicttemperatureandthermalstressdistributioninmembranewaterwallof600MWsupercriticalboiler.Theresultsshowthatthemaximumtemperaturewasfoundincenteroftubeandfintowardfiring,andthemaximumdifferenceintemperaturebetweeninnerandoutersurfaceofthewater-walltubewa

4、s29℃.Themaximumthermalstress,1.77GPa,wasfoundintheinterfacebetweenwaterwalltubeandfin.Themaximumthermaldistortionswerefoundintheinnerandoutersurfacecenteroftubetowardfiring,andthethermaldistortionswere0.193mmand0.222mm,respectively.Keywords:supercriticalboiler;membranewaterwall;temperature

5、field;thermalstress;finiteelementmodel引言目前，超临界、超超临界锅炉在世界范围内得到了广泛应用。在机组频繁参与调峰的运行过程中，锅炉水冷壁内工质的流动状态、热物理特性以及水冷壁的温度与应力分布均会发生很大变化，而水冷壁温度过高或应力集中就会引起爆管。爆管导致的非计划停炉，造成巨大的经济损失，并严重影响着锅炉的安全运行、电厂的效益以及工农业的正常生产。因此，水冷壁的温度计算及热应力分析对水冷壁的安全运行有重要意义。另外，水冷壁工作环境的复杂，受到的影响因素较多，造成膜式水冷壁的温度水平和应力状态也非常复杂。国内外一些研究者10主要是通过建

6、立膜式水冷壁二维传热数学模型，来研究水冷壁温度分布，分析换热系数与受热面热流量对温度分布的影响规律[1-3]。李春燕等人基于有限元法对600MW机组锅炉在不同超临界工况下燃烧器区膜式水冷壁的温度场进行了分析和计算[3]。曲莹军等人通过比较2台600MW超超临界机组锅炉水冷壁不同负荷下的壁温分布情况，分析了水冷壁的壁温特性[4]。Bowen等人利用有限差分法建立膜式水冷壁二维传热模型，并与理论分析法进行了比较[5]。PiotrDuda等人采用一种新的方法确定锅炉水冷壁的传热边界条件[6]。目前还没有用数学模型结合实际生产数据详细地分析膜式水冷壁温度、热应力分布影响的报道。本文

7、建立了膜式水冷壁的二维有限元热力学计算模型，并利用国内某电厂锅炉水冷壁的结构参数和操作条件，分析膜式水冷壁的热/力学行为。1有限元模型的建立1.1膜式水冷壁模型水冷壁的热/力学行为取决于其结构和约束条件，针对其结构特征，考虑模型的对称性，选取如图1所示的计算模型。水冷壁由直径为38mm、壁厚为6.5mm、鳍片厚度为7mm、管间距为54mm、材料为SA213T23的光管组成的管带围绕成。(a)(b)图1膜式水冷壁结构示意图Fig.1Schematicdiagramofmembranewater-wallstructu