超临界锅炉水冷壁管温度数值计算与研究

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1、华北电力大学博士学位论文超临界锅炉水冷壁管温度数值计算与研究姓名：李春燕申请学位级别：博士专业：热能工程指导教师：阎维平20091101华北电力大学博士学位论文中文摘要我国火力发电行业近年来投运了大量超临界压力参数发电机组，超临界锅炉水冷壁管的安全运行已经成为倍受关注的重要研究课题。本文针对某电厂600MW超临界燃煤电站锅炉，对炉膛螺旋管圈水冷壁不同标高区段的壁面热负荷、管内工质在超临界及近临界压力区的状态变化、水冷壁管及鳍片截面温度场分布、最高管壁温度的位置及不同运行方式下的壁温变化规律进行了深入的研究，具体研究内容及主要研究成果如下：(1)

2、采用矩量法对锅炉水冷壁温度场进行数值计算。在建立螺旋管圈水冷壁及鳍片截面的二维稳态导热方程的基础上，引入矩量法的基本计算原理，证明了矩量法与变分法的等价性。采用双线性四边形单元对截面进行剖分，推导了基于矩量法的有限元数值计算式。(2)根据炉内燃烧热负荷沿炉膛高度分布的特点，对600MW超临界锅炉炉膛螺旋管圈水冷壁进行了7个区段的合理划分，建立了各区段的热量平衡方程，进行了分区段热力计算，得到了各个区段上的平均壁面热负荷。在能量平衡的基础上，对分区段热力计算的热负荷结果进行了合理修正，确定了炉膛螺旋管圈水冷壁管外壁热负荷分布。(3)对超临界及近临

3、界条件下的7个工况共计49个水冷壁管截面进行了温度场数值计算。计算中考虑了螺旋管圈的倾斜布置和半周加热的特点，计算了管内表面传热系数沿周向的分布值。(4)根据炉膛螺旋管圈水冷壁管在炉膛各个区段的不同的绕制方式，从冷灰斗水冷壁进口联箱开始，分析了因各管的不同几何长度所造成的吸热差异，确定了吸热最多的偏差管，对各个工况条件下螺旋管圈水冷壁偏差管出口处的管壁温度进行了计算，并与该锅炉在相应运行工况下的管壁温度实际测量值进行了比较，证明了本文所采用的螺旋管圈水冷壁温度场计算模型是比较合理的，计算结果是可信的。(5)在超临界工况条件下稳态温度场计算的基础

4、上，计算和分析了在不同启动方式下的水冷壁管壁温度变化率，结果表明，在超临界压力区管壁内侧壁温变化较快，在极热态启动时会超过运行要求的管壁温度变化率。(6)在近临界工况条件下，沿炉膛高度对管内工质的汽化过程进行逐段计算与分析，以确定传热恶化可能出现的位置；计算与分析了传热恶化所引起的管壁超温，计算表明，汽化过程出现在燃烧器区段即热负荷最高区段，当工质在两相区发生传热恶化时会造成管壁温度飞升。I华北电力大学博士学位论文关键词：超临界锅炉，螺旋管圈水冷壁，水冷壁管温度，数值计算，超临界与近临界工况II华北电力大学博士学位论文AbstractManys

5、upercriticalcoal-firedboilershavebeenputintorunninginChinainrecentyears.Thesafetyoperationofwater-wallhasbecomeanimportantsubjectattractingconcern.A600MWsupercriticalboilerisstudiedinpresentpaper.Heatingloadofspirally-woundwaterwalltubeatdifferentelevationandthethermalstates

6、ofworkingmediumatsupercriticalandnear-criticalconditionsweredetermined.Thetemperatureprofilesatdifferentrunningconditionswerecalculated,thechangingcharacteristicofthetemperatureprofilewasanalyzed,thepositionsofthehighesttemperatureweredetermined.Theresearchcontentsandresults

7、areasfollows:(1)Numericalcalculationsofwater-walltemperatureprofileofa600MWsupercriticalboilerwereconductedbythemomentmethod.Two-dimensionalheatconductiondifferentialequationswereestablishedforthecrosssectionsatdifferentheights.Thebasicprincipleandcalculationformulaofmomentm

8、ethodwereintroduced.Theequivalencyofmatrixmethodandvariationalmethodhasbeen