事故状态下 超临界循环流化床锅炉炉内非稳态传热过程理论分析及计算

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1、学兔兔www.xuetutu.com第46卷第5期锅炉技术Vo1．46．No．52015年9月B0ILERTECHN0L0GYSept．，2015事故状态下超临界循环流化床锅炉炉内非稳态传热过程理论分析与计算王冬福，肖琨(上海锅炉厂有限公司，上海200245)摘要：对于目前的国产型350Mw超临界CFB锅炉，通常不配置紧急补给水系统，在发生紧急事故时，如：给水泵故障突然停运或风机跳闸、全厂停电、汽轮机跳闸等极端恶劣情况下，水冷系统无法正常得到补给水，必须考虑炉膛内的床料蓄热对水冷壁系统受热面的影响，如：多长时间能使管内的工质发生蒸干从而使管子壁温飞升，产生

2、安全性问题等。结合传热学的基本理论，对此极端情况下炉膛内的非稳态传热问题进行了理论分析与计算，可为电厂实际运行人员快速处理此类事故时提供一些定量的参考。关键词：循环流化床；非稳态传热；超临界CFB；紧急补给水中图分类号iTK229．66文献标识码：A文章编号：1672—4763(2015)05—0035—04实际运行人员快速处理此类事故时提供一些定0前言量的参考。近年来，我国在燃用劣质煤(如：煤矸石、煤1事故状况下炉膛非稳态传热过程的热泥等)发电领域新增了不少350Mw等级超临力学描述界循环流化床(简称“CFB”)锅炉机组，目前还没有成功投运的业绩。国产型

3、350Mw等级超在发生给水泵故障等紧急情况下，水冷壁系临界循环流化床(CFB)锅炉基本都取消了系统统无法得到补给水，同时风机停运，炉膛内的物复杂的外置床换热器，保护外置床换热器安全料将快速在炉膛下部堆积起来。此时堆积的床的紧急补给水系统也随之取消。由于超临界料仍然含有大量的蓄热，水冷壁管内的工质将继CFB锅炉相比亚临界CFB锅炉，水冷系统采用续吸收床料的蓄热能量，此时的传热过程可描述直流型式，因此当发生给水泵故障突然停运或为：在堆积床料的四周水冷壁、底部通过导热方风机跳闸、全厂停电、汽轮机跳闸等极端恶劣情式向水冷壁管子传热，而床料表面则通过热辐射况下，水冷

4、系统无法正常得到补给水，炉膛内的方式向上部的炉膛空间进行辐射换热。随着时物料量蓄热量又非常大，此时炉膛水冷壁受热间的推移，管内的工质逐渐蒸干，受热面金属管面将面临工质迅速被蒸干、管壁温度飞升等危壁温度也逐渐升高，床料的温度逐渐降低，最后险，如何保证其安全，是一个急需考虑和解决的达到热平衡状态，这是一个典型的非稳态传热问题。在制定详细的应对措施之前，非常有必过程。要对此事故状况下的非稳态传热问题进行细致可以预见，如果水冷系统受热面的管内工的研究与分析，如分析：多长时间能使管内的工质及金属材料具有足够大的热容量，并且可以质发生蒸干?管子壁温飞升超过抗氧化温度需

5、吸收床料的蓄热能量而不至于管壁温度超过最要多久?等等。高的许用温度，则水冷系统是安全的；反之，水针对上海锅炉厂有限公司自主开发的350冷系统的金属材料将超过安全许可温度，发生Mw等级超临界CFB锅炉的典型产品，从传热受热面烧坏的事故。炉膛内堆积床料与水冷系学的基本理论出发，对此极端情况下炉膛内的非统工质侧达到热平衡状态下的热容量估算见表稳态传热问题进行了理论分析与计算，可为电厂1所示。收稿日期：201504—21作者简介：王冬福(1979一)，男，硕士，主要从事流化床锅炉的设计工作。学兔兔www.xuetutu.com锅炉技术第46卷表1热平衡状态下堆积床

6、料与水冷系统工质侧热容量的估算项目数值堆积床料重量／t床料初始温度／℃床料热平衡态下的温度／"c堆积床料总蓄热量／GJ水冷系统内工质总重量／t时间／min工质初始温度／℃横坐标：表示时间(min)；第1纵坐标：表示温度(℃)；第2纵坐工质最高容许温度／~c标：表示工质质量(kg)；曲线①：床温随时间的变化曲线；曲线②：工质理论最大吸热量／GJ金属抗氧化温度线；曲线③：理想状况下金属壁温随时间的变化管壁材料曲线；曲线④：出I：l端工质温度随时间的变化曲线；曲线⑤：进口管壁金属最大热容量／GJ端工质温度随时间的变化曲线；曲线⑥：离开水冷系统的工质温度随时间的变

7、化曲线；曲线⑦：水冷系统蒸干后管壁温度随时间热平衡状态下管壁金属达到的温度／℃的变化曲线；曲线⑧：水冷系统内残存工质质量随时间的变化曲管壁材料的最高抗氧化温度／~c一m姐一伽捣一m，线；曲线⑨：实际工况下水冷系统管壁温度随时间的变化曲线；曲线⑩：管子实际烧毁壁温线；时间点to：初始时刻(s)；时间点t1：从表1中可以看出，当不考虑主蒸汽管路水冷壁蒸干时刻(s)；时间点tz：理想状况下金属壁温达到抗氧化PCV阀排汽或者汽轮机旁路排汽等理想情况下，温度的时刻(s)；时间点t。：炉内最终达到热平衡时刻(s)；时间点“⋯：实际状况下水冷壁烧毁时刻(s)；水冷系统内

8、残存工质的最大吸热量为23GJ，此图1超临界CFB锅炉炉内非稳态传