塔式锅炉屏 式过热器传热特性及壁温研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第43卷第6期锅炉技术V01．43，No．62012年11月B0ILERTECHN0I0GYNOV．．2O12塔式锅炉屏式过热器传热特性及壁温研究赵超，张忠孝。(1．烟台龙源电力技术股份有限公司，山东烟台264006；2．上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：将塔式锅炉屏式过热器区域进行划分，对每块区域从面与面和面与体之间的辐射传递原理出发，细致的推导出屏式过热器壁面的辐射热负荷，并结合对流换热原理得到了整片管屏的热负荷分布情况。探讨了不同屏底辐射强度对这种热负荷分布偏差的影响。结果显示塔式锅炉屏式过热器不同层次的管圈显

2、现出外层和内层管子沿程平均热负荷高，而中间层管子沿程平均热负荷低的特征。根据热负荷分布分别给出了处于外，中，内3个圈层次的3条管子的沿程壁温随负荷变化的分布情况。关键词：屏式过热器；管壁温度；传热特性中图分类号：TK221文献标识码：A文章编号：1672—4763(2012)06—0009—05度较兀型锅炉要高。炉膛水冷壁垂直向上覆盖0前言到对流受热面区域。由于烟道不似n型锅炉需塔式锅炉是目前我国超超临界锅炉机组中要弯折，因此炉膛内没有折焰角设置。炉体顶端的一种重要炉型。其炉体结构和受热面布置形有向下的尾部竖井烟道，烟道内没有换热设备，式等方面皆与传统n型锅炉相比有较大不同

3、。只在竖井烟道尾部出口设置空气预热器和除尘就对流受热面中的屏式过热器而言，Ⅱ型锅炉通脱硫设备。常采取立式吊挂的方式，在炉膛高度方向上承受较大的烟温偏差。而卧式布置的方式则被塔式锅炉中包括屏式过热器在内的大多数对流受热面所采用。不同的过热器布置形式必然导致两类锅炉中屏式过热器的传热特性存在差异。针对n型锅炉的屏式过热器传热特性及壁温计算多有研究，其中文献[1]计算得出了分隔屏与后屏过热器的二维热流密度和壁温分布，考察了同片屏中各管圈的热负荷偏差情况，并给出了相应的热偏差系数。文献[2]通过三维数值模拟对1台660Mw超超临界兀型锅炉的屏式过热器进行了传热研究，给出了大容量锅炉

4、屏式过热器利用系数随锅炉负荷的变化情况。与此形成对比的是，塔式锅炉屏式过热器的研究在各方面都显得相对缺失，因此有必要展开相关的研究工作。1塔式锅炉结构简介塔式锅炉的整体布置方案见图1。塔式炉采图1塔式锅炉结构图用单炉膛结构，炉膛通常设置为正方形，炉膛高收稿日期：2Ol2一O1—1O作者简介：赵超(1986一)，男，硕士，主要从事锅炉设计和改造性能计算工作。学兔兔www.xuetutu.com10锅炉技术第43卷塔式炉炉膛烟道由水冷壁构成包裹，起到了出的有效辐射面积可表示为：类似n型锅炉尾部烟道包墙管的作用，但在结构KIvk』Fi—e-K~Sc~sfldFd(2)一上更趋于简

5、单。以对流受热面布置来看，塔式炉的受热面均采用水平布置，从而在自疏水方面表式中：西，——分别为直接交换面积，它的因现出很强的能力。由于受热面均顺着炉膛的高次和面积相同，m；度方向布置，所以这种布置方式也同时减小了受K——烟气吸收系数，1／(m·MPa)；热面的磨损程度【3]。COS，COS——分别表示辐射射线与S面或S的余弦夹角；2塔式炉屏式过热器换热模型r——辐射射线穿透距离。2．1计算模型的建立直接交换面积的表达式为多重积分函数，可屏式过热器既接受高温烟气的辐射又与烟由蒙特卡洛法求解得到。在分区几何形状相同气冲刷形成对流换热。其中烟气辐射包括屏外且烟气成分确定不变的情况

6、下，可求解不同吸收空间烟气辐射——即直接来屏前和屏后烟气空系数下的直接交换面积并拟合为烟气温度的单值间的辐射——以及屏间烟气的辐射[4]。辐射换函数。分区内各面发射的有效辐射表达式为：热模型即是对这两部分辐射能作用于屏上各管E·A一(1一￡)(∑；：lSiS，E排管子间换热情况的数学描述。在塔式锅炉中slgkcrk)+eTA(3)屏式过热器采用卧式布置方式，以两片屏和它们式中：E——表示各面有效辐射；之间的烟气空间为考察对象。对其在高度和宽A——该面面积，rn；度上分别划分即可如图2所示分离出某个包含￡——壁面黑度；屏式过热器管排的计算区域。Ti——分别为分区内烟气和管壁灰

7、污温度，℃。式(3)右端第一项表示i面反射其他各面和烟气发射给它的有效辐射力，右端第二项则为该面自身发射的辐射力。式(1)中若将管壁黑度取为0，则可同时得到虚壁面发射给相邻区域的有效辐射。屏式过热器管排由对流换热形成的热负荷分成水平段和垂直段来考虑，水平段管排承受横图2屏式过热器分区示意图向烟气冲刷，其对流换热系数可用下式表示：图2(a)显示两片屏间的区域中虽然管排之ad一0．2C1C2RePr∞／d(4)间存在空隙，但相对管子直径较小，且由于积灰式中：RP——雷诺数；的缘故仍然可以视其为连续封闭的平面Es]。图2