超超临界锅炉受热面管失效概率与温度场数值模拟研究

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1、硕士学位论文超超临界锅炉受热面管失效概率与温度场数值模拟研究FailureProbabilityandNumericalSimulationonHeatingSurfaceTubeTemperatureFieldofUltra-SupercriticalPowerBoiler作者：许诺导师：孙智教授中国矿业大学二〇一五年五月中图分类号TK223.3学校代码10290UDC620密级公开中国矿业大学硕士学位论文超超临界锅炉受热面管失效概率与温度场数值模拟研究FailureProbabilityandNumericalSimulat

2、iononHeatingSurfaceTubeTemperatureFieldofUltra-SupercriticalPowerBoiler作者许诺导师孙智教授申请学位工学硕士培养单位材料学院学科专业材料学研究方向金属失效与控制答辩委员会主席沈承金评阅人吴玉萍，江利二○一五年五月论文审阅认定书研究生许诺在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审

3、。导师签字：年月日致谢本论文是在我的导师孙智教授的悉心指导下完成的。在攻读硕士学位期间，孙老师无论在学术上还是生活上都为我倾注了大量的心血和汗水。从论文选题、方案设计直到论文的撰写及修改每一个环节，都凝结着导师的心血。孙老师渊博的知识、严谨的治学态度、求实的科研作风和忘我的工作精神深深感染了我，使我无论在学习工作中还是为人处事上都收获颇丰，是我今后为之效仿的楷模。值此论文完成之际，谨向孙老师的辛勤培养和无私帮助表示衷心的感谢和崇高的敬意！特别感谢神华国华电厂在本课题实验研究工作中提供的指导和大力帮助。实验过程中，材料学院的徐杰，

4、康学勤，王温银，顾永琴等老师给予了大力支持和热情帮助，贾小磊，苏庆斌，雷晓，张萧萧，卓小敏，武继强，冯坤，刘亚楠，张宇等同窗在学习和生活中给予了无私帮助，让我在研究生学习期间的生活更加丰富、充实，在此一并向他们表示诚挚的谢意！感谢中国矿业大学材料学院的全体老师和同学，虽然他们没有直接参与我的论文写作，但是是他们营造了良好的向上求真的研究学习环境。当然父母及家人的支持是支撑我的最有力的助力，在此表达诚挚的谢意。最后，衷心感谢各位专家学者百忙中评审本论文，并真诚的希望得到各位专家学者们的指点。摘要超超临界机组通过提高蒸汽参数来提高燃

5、煤机组的发电效率，有效降低供电煤耗，实现节能与低污染排放，得到快速的发展。然而装机机组逐年增大，管道运行工况一再恶化，使得管道爆管事故时有发生，给电厂正常运行带来极大的经济损失。针对大型机组，仅用原有的热偏差及壁温计算方法已不适用。鉴于此，本文采用数值模拟和实验相结合的分析方法对超超临界机组下炉膛燃烧情况及上炉膛受热面温度分布进行研究。本文运用层次分析法对超超临界锅炉的失效模式及导致失效的各因素进行了分析。通过建立水冷壁、过热器、再热器的失效模型，对失效模型构造相对应的判断矩阵进而求出各失效因素的权重，得出了不同类型受热面的失效

6、因素相对重要性，为后续有针对性的研究受热面失效原因提供依据。对于炉膛燃烧模拟，通过对炉膛1:1实体建模计算与分析，详细探讨了进煤量、过量空气、煤粉细度、煤种及工况变化对燃烧的影响作用，结果表明：在二次风一定的情况下，炉膛整体温度随着煤量的增加温度呈先升高后降低的趋势，进煤量的调整仅仅使各个部分的温度改变，对切圆形态影响不大，11kg/s进煤量燃烧效果最好。进煤量一定的情况下，炉膛温度和峰值温度随着过量空气量的增加先升高而后降低，在过量空气系数为1.15时煤粉燃烧较为充分。煤粉越细进行燃烧的表面积越大，煤粉本身的热阻越小，加热煤粉

7、至着火温度所需要的时间越短，燃烧越完全，可以在炉膛较低位置开始很剧烈的燃烧并形成较高的炉膛温度。低位发热量高与挥发分含量高的煤种形成的炉膛整体温度较高。高负荷工况下的燃尽区发热多，炉膛出口温度较高，辐射强度较大。本文采用解析计算与数值模拟相结合的方法考察了不同高度下炉膛水冷壁的温度分布、应力分布，并且找出了水冷壁的危险区域。结果表明：水冷壁的截面最高温度在向火侧鳍片端部位置，其温度分布随着炉膛高度的增加呈先升高后降低的趋势，在高度为38m处达到最高值。管壁截面最高温度出现在向火侧最高点处，最大应力位置为背火侧管壁与鳍片接触面，水

8、冷壁危险区域为上下燃烧器中间部位。对于上炉膛受热面模拟，本文基于燃烧模拟得到受热面所处的管屏区进口的烟气温度和速度边界，将下炉膛烟气组分通过运输方程传递上去，在此基础上对管屏区进行流固共轭传热分析，得到各工况下管道外壁温度分布及波动情况并且与电厂实测数据进行了验