超临界锅炉过热器壁温特性研究.pdf

《超临界锅炉过热器壁温特性研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第36卷第6期东北电力大学学报Vo1．36．No．62016年12月JournalOfNortheastDianliUniversityDec．，2016文章编号：1005-2992(2016)06—0055—05超临界锅炉过热器壁温特性研究杨美，宁仁杰，周云龙(东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012)摘要：采用计算流体动力学方法，对600MW超临界四角切圆锅炉的炉内燃烧、传热以及烟气流动进行数值模拟，得到炉膛的烟温烟速分布。结合上述模拟结果以及热偏差数值计算理论，对该锅炉的过热器管壁温度进行三维计算研究。通过计算得到了过热器管壁温的分布，找出了管

2、壁温度最高点的位置。研究表明：该方法便于在计算机上实现快速准确的管壁温度预测。关键词：屏式过热器；管壁温度；热偏差中图分类号：TK223文献标识码：A过热器是大型电站锅炉设备中重要组成部件之一。由于热偏差的存在，电厂锅炉过热器容易发生管壁超温爆管，影响电厂运行的安全性和经济性_1j。张颖利等人对方管内流体与壁温导热耦合，采用Simpler算法进行数值计算；PawelLudowski_6对锅炉内热量交换建立模型，对于一侧边界条件已知而另-N边界条件未知的问题，采用了正切法进行处理；HoYoungPark对末级过热器超温爆管现象进行研究；吕太_8采用数值模拟与现场试

3、验相结合的方法对超超临界墙式切圆锅炉的炉内燃料流动和燃烧进行了研究。本文通过炉膛燃烧数值模拟得到炉膛整体温度、速度分布，可以更准确的获取到计算中所需的数据，改善了数值计算方法长期以来依赖经验公式选取参数的不可靠性，结果真实地反映了管壁传热情况。1炉膛燃烧数值模拟及结果分析1．1研究对象概况研究对象为某厂SG一1910／25．4-M951型号锅炉，设计煤种为神府煤。该锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式。24只直流式燃烧器分6层布置于炉膛下部四角，煤粉和空气从四角送人，在炉膛中呈切圆方式燃烧。主要技术参数，如表1所示。表1

4、锅炉主要技术参数名称数值名称数值主蒸汽流量／(t／h)1910主蒸汽温度／℃571主蒸汽压力／MPa25．4再热器进口温度／℃317再热器进口压力／MPa4．54再热器出口温度／℃569再热器出口压力／MPa4．33再热蒸汽流量／(t／h)161给水温度／℃282收稿日期：2016-04-12作者简介：杨美(1988一)，女，贵州省铜仁市人，东北电力大学能源与动力工程学院助教，硕士，主要研究方向：气液两相流流动及传热．56东北电力大学学报第36卷表2神府煤成分分析表项目单位设计校核项目单位设计校核全水分％14．517．4空气干燥基水分％8．255．49收到基水分

5、％7．711．65干燥无灰基挥发分％38．8030．83收到基碳％65．1056．97收到基氢％3．253．50收到基氧％0．660．70收到基氮％8．089．18收到基低位发热量MJ／kg2379021490收到基硫％0．710．601．2数学模型由于在燃烧器区域，烟气和燃料有强对流作用，并且涉及到剧烈的燃烧反应，所以研究中对燃烧器区域网格进行局部加密。模型及网格划分方式，如图1所示；燃烧器区域网格的平面截图，如图2所示。504030N20l00一l0图1炉膛模型网格划分图图2燃烧器区域网格划分图本模拟中，气相湍流采用k一￡模型，气固两相流采用颗粒轨道模型，辐

6、射模型采用P—I辐射模型，燃烧选择非预混燃烧模型，挥发分燃烧采用PDF模型，焦炭燃烧采用动力一扩散表面反应速率模型。燃烧煤种采用设计煤种神府煤，该煤成分分析见表2所示。1．3数值模拟结果及分析锅炉燃烧器区域某一横截面的速度和温度的分布图像，如图3、图4所示。燃烧器喷嘴的四股射流，形成假象切圆。切圆中间速度较圆周处低，圆周处四股射流具有较强的刚性，带动了整体烟气场呈螺旋上升形态运动。温度场与速度场有着相类似的分布，切圆中心温度低而圆周温度高，最高值可以达到l600oC。这是由于切圆外围处于焦炭燃烧区域，其燃烧放出了大量热，加热了周围气体。图3燃烧器区域截面速度分布

7、图4燃烧器区域截面温度分布锅炉水平烟道截面速度和温度分布图，如图5、图6所示。可见，两幅图的截面图皆由距离炉膛出口0·5m处截取。随着烟气在水平烟道的流动，烟气速度沿程逐渐递增。这是因为截图位置靠近水平烟道的炉顶部，烟气流从炉膛进入水平烟道时，烟道顶部的烟气因为贴壁效应，会逐渐被下方动能较大的烟气带动，因而会呈现速度沿流动方向逐渐增大的现象。总体上看，水平烟道的左侧烟速要略高于右第6期杨美等：超临界锅炉过热器壁温特性研究57侧烟速。在烟温方面，炉膛的温度场则呈现出了较大的温度偏差，在过热器后方同一垂卣线上温差甚至达到了100℃，造成了锅炉管壁温度超温现象。O51

8、O152Ox5水平烟道截