超临界w火焰锅炉水冷壁撕裂问题的应力分析

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1、硕士学位论文（工程硕士）超临界W火焰锅炉水冷壁撕裂问题的应力分析STRESSANALYSISOFCRACKFAILURESOFDOWN-FIREDSUPERCRITICALBOILERWATERWALL刘宇哈尔滨工业大学2016年7月万方数据国内图书分类号：TK225学校代码：10213国际图书分类号：621.1密级：公开工程硕士学位论文超临界W火焰锅炉水冷壁撕裂问题的应力分析硕士研究生：刘宇导师：刘欢鹏副教授副导师：洪启智高级工程师申请学位级别：工程硕士领域：动力工程所在单位：北京巴布科克·威尔科克斯有限公司答辩日期：2016年7月授

2、予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TK225UDC:621.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTRESSANALYSISOFCRACKFAILURESOFDOWN-FIREDSUPERCRITICALBOILERWATERWALLCandidate:LiuYuSupervisor:AssociateProf.LiuHuanpengViceSupervisor:SeniorEngineerHongQizhiAcademicDegreeAppliedfo

3、r:MasterofEngineeringSpecialty:PowerEngineeringAffiliation:Babcock&WilcoxBeijingCompanyLTD.DateofDefense:July,2016Degree-Offering-Institution:HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，北京巴威公司设计制造的多台W火焰超临界锅炉相继发生水冷壁变形、拉裂及炉膛泄露事故。频繁的停炉给锅炉安全稳定运行和电厂生产经营带来了严重影响。因此，对事故进

4、行全面调查并对炉膛水冷壁进行应力分析十分必要，这将有助于针对现有问题提供有效的处理意见和对后续项目的设计优化提供理论依据，同时也有益于北京巴威公司W火焰超临界产品质量的提升和技术的完善。本文以巴威公司A、B、C三个W火焰超临界项目频繁发生水冷壁变形及撕裂现象为背景，以C项目2号炉、B项目1号炉及在建的D项目2号炉为主要研究对象，通过对水冷壁膨胀变化数据、刚性梁挠度变化数据、水冷壁温度变化数据以及炉拱恒力吊架荷载变化数据的搜集和分析，找出了影响水冷壁应力水平的因素以及引起水冷壁变形、撕裂和膨胀异常的原因。在温度分布和刚性梁变形对水冷壁应力

5、水平影响的研究中，本文利用有限元分析方法，建立了水冷壁的管子-扁钢模型和壳体模型，将C项目水冷壁温度分布数据及刚性梁变形数据作为边界条件代入到炉膛水冷壁的有限元模型中去并完成计算。计算结果表明：在文中选取的水冷壁温度测量区间内，温度分布会使水冷壁产生高达268MPa的应力值，已超过材料屈服极限，水冷壁温度分布不均是造成水冷壁拉裂的主要原因之一。计算结果还表明：C项目刚性梁变形程度会使水冷壁产生70MPa的应力值。故刚性梁变形不是水冷壁破坏的直接原因，但会使水冷壁发生变形。刚性梁变形的原因来自刚性梁内、外翼缘温差及立柱的失效。在炉拱吊挂对

6、水冷壁应力水平影响的研究中，本文利用应变电测技术对D项目炉拱恒力吊挂进行了冷、热态受力测量，随后建立炉膛的壳体有限元模型。通过对测量数据的分析，结合有限元计算结果，本文指出了A、B、C三个项目炉拱吊挂的设计缺陷。通过对多种荷载工况和炉拱吊挂设计工况的组合计算对比，本文给出了W火焰超临界锅炉炉拱吊挂设计的改进建议。改进后的弹簧吊架设计方案能在锅炉正常运行工况下及大部分运行时间里，有效降低水冷壁的应力水平，从而降低水冷壁发生疲劳破坏的风险。通过对上述分析的总结，本文给出了避免水冷壁拉裂及减小水冷壁变形现象发生的建议。关键词：有限单元法；炉膛

7、水冷壁；W型火焰；应变电测技术-I-万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInrecentyears,problemsofwaterwalldeformation,crackandaccidentofwaterwallleakagehavehappenedfrequentlyinthedown-firedsupercriticalboilersofBWBC,whichisaserioushazardtothesafetyandstableofboileroperationandtheproductionandoperat

8、ionofthepowerplant.Therefore,makeafullinvestigationoftheaccidentandmakestressanalysisofthewaterwallisne