大容量超超 临界锅炉水冷壁壁温特性研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第47卷第1期锅炉技术Vo1．47，No。12016年1月B0ILERTECHNOL0GYJan．。2016【燃料与燃烧】大容量超超临界锅炉水冷壁壁温特性研究商显耀，张忠孝，董建聪，范浩杰(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：采用区域法建立二维小区计算模型，分别得到不同计算条件下烟气侧、工质侧以及二者耦合传热下模型截面上壁温分布规律，并与实测数据进行比较结果表明：3种计算条件下耦合迭代模型计算的平均误差分别为2．66、2．11和2．38，均远小于炉内辐射传热模型和管内换热模型的计算平均误差，表明耦合传热计算模型具有

2、较好的准确性和适用性。关键词：二维分区；燃烧与水动力耦合传热；水冷壁壁温；超超临界中国分类号：TK229．6文献标识码：A文章编号：1672-4763(2016)01-0045-05温分布，并与实测数据进行对比分析，验证了耦0前言合模型具有更好的精确性。随着超超临界锅炉技术的发展，大容量、高1计算模型与计算方法参数燃煤锅炉受热面的结构型式和布置方式更趋复杂与多变，但由于长期以来炉内燃烧与锅内1．1计算模型参数水动力耦合研究的缺失，锅炉实际运行中超温爆本文计算模型分区如图1所示。管现象频繁发生[1]，超超临界锅炉炉内传热特性亟待解决。国内外学者对超超临界锅炉的水冷(17)

3、壁管进行了很多研究，张魏静等瞳建立了直流锅(16)炉水冷壁不同的数学模型，计算其流量分配和壁———L——S0FA温分布；Pan等[3开展了管内超临界压力水的传一4L_．J—3L一热试验研究；王为术、陈听宽等[4对超临界螺旋CCOFA(12)．(11){管圈中水冷壁的温度特性进行了数值研究；张腾=二=Dy---(10){飞、阮立明等进行了炉膛辐射传热数学模型的数／(8】{主燃烧区一值研究[6]。但上述关于水冷壁传热特性和壁温(7){＼二=====分布的研究大多是从管内换热出发，假定管壁热(5)1(4】1负荷均匀，缺乏对炉内燃烧和辐射造成的水冷壁(3)传热不均的研究。上海理

4、工大学、清华大学采用一维分区法建立了炉内一维传热数学模型]，获二得了沿高度方向上各区段的烟温和水冷壁热负荷分布。笔者在一维燃烧及传热计算模型的基础上，利用区域法进行二维小区换热建模，建立炉内气模型本体为1000Mw超超临界塔式锅炉，固多相流燃烧与锅内汽液多相水动力的耦合换模型从冷灰斗半高处至第一级过热器底部，沿高热模型，分别得到辐射传热模型、工质换热模型度方向划分成18个区域。表1给出了模型的基以及燃烧与水动力耦合模型下的模型水冷壁壁本参数。收稿日期：2015—08—01基金项目：国家自然基金项目(U1361201)作者简介：商显耀(1991一)，男，硕士，主要从事超超

5、临界燃煤发电技术研究。学兔兔www.xuetutu.com46锅炉技术第47卷表1BMCR工况设计参数其中，名称数值GfS，一—ke-~cosOiAViAA———————j一了————过热蒸汽流量／(t·h)过热器出口蒸汽压力／MPa志P一膪／。。COS。0bh。R。过热器出口蒸汽温度／℃————一再热蒸汽流量／(t·h)再热器进口蒸汽压力／MPass，一盟掣一再热器出口蒸汽压力／MPacosc0s6h。再热器进口蒸汽温度／℃丌S2再热器出口蒸汽温度／℃式中：Gis——体区i对面区J的辐射交换面1．2数学模型积，mz；1．2．1数学模型假设SS——面区i对面区的辐射交换

6、面本文选取模型内的传热过程极为复杂，为了积，m。；2r26简化计算]，作如下假设：k——辐射减弱系数；55)54233●∞73∞(1)模型中燃烧与传热独立进行，～维分区5——有效辐射层厚度，m。模型得到模型高度方向的平均烟气温度分布，二1．2．3对流换热模型维分区模型得到模型各区域内烟气温度分布；对于模型18个分区中的每一个分区内的对(2)辐射换热采用区域法，火焰区、烟气和受热流换热计算式为：表面均看作灰体。在计算划分的各区域中认为火焰Qd—ad(T—Tb)F(2)温度场均匀，火焰辐射按平均火焰温度来考虑；式中：Qd——烟气与壁面间的对流换热量，w；(3)模型水冷壁壁面

7、与烟气均视为灰体，水口d——对流换热系数，W／(m。·K)；冷壁管子单侧受热，管内工质流量均匀，管内放T——火焰平均热力学温度，K；热系数n叩根据其工作状态、工质物性和经验参数T——壁面热力学温度，K；选取；管壁灰污热阻和工质对流热阻忽略不计。F——换热面积，m。。1．2．2辐射换热模型1．2．4管内工质传热模型本文从区域法口出发，建立二维传热简化模根据模型传热分区计算模型，考虑辐射换热型。图2为模型横截面分区示意图，黄色圆形区和对流换热，通过校核模型出口烟温获得水冷壁域代表火球区，白色区域为火球外围烟气区。壁面热负荷分布；将水冷壁沿管长