直流锅炉蒸发受热面的热特性分析.docx

随着金属材料科学研究的进展,以及政府和人民时火力发电提出r更高的能耗和环保要求，电站锅炉的热效率和排污量都有较大改善，锅炉的容室也日益增加，超临界压力直流锅炉已经取代亚临界压力自然循环汽包锅炉，成为为国内为发电行业的主力机组。而超临界锅炉仅靠水泵的压力驱动汽水系统，这使得其具有与汽包炉相反的自补偿特性，即吸热量越大，管子中汽水介质的潦盘越小。如果在锅炉运行中错使超临界下的大比热区与炉膛中辐射最强的燃烧器区域重合，会导致蒸发受热面的吸热量倍增，导致类膜态沸腌现象，引起传热恶化并造成超温爆管事故，在锅炉运行的过程中应避免此种事故的发生，这就需要分析蒸发受热面内工质热工参数的沿程分布情况，了解大比热区的位置及其随压力改变而改变的特性。而超临界用力直流锅炉蒸发受热而工质温度也是进一步计鸵金属壁面温度的基础本文基于超临界直流锅炉燃料if堂和锅炉热平衡计算的运行数据，根据锅炉的热力计算方法和零维炉膛传热模型，计算出炉膛传热量以(XX)MW超临界压力直流锅炉为研究对象，通过分区段向上迭代计算的方法研究蒸发受热面的热工特性，推导动量守恒方程得出了压降随炉腺高度变化的关系式，通过能量守恒方程得到了工质比熔沿炉膛高度变化的关系式，通过反复调用【APWS-IF97物性工业方程计尊热工参数，设计算法对之上的混合方程组进行耦合计算.编制并调用了相关计算程序，分析炉膛传热和工质热工特性变化,得到了不同位置和状态的汽水介质热物理参数的计算结果，通过输出蒸发受热面热工特性的分布情况可预测其安全运行状况，而确定工质大比热区位巴极其移动趋势，可用于受热面的运行监测和诊断，指导超临界直流锅炉燃烧和汽温控制。关键词：超临界直流锅炉；蒸发受热面；汽水介质；热工特性;TitIeAnalySiSOfThelunalCharaCteriSIiCSOfEVaPOraIionHeaIingSUrfaCeOfOnCC-IhrOUwlBcilcrAbstractWiththeprogressoftnetalmaterialsscienceresearch,andthegovernmentandpeopleputforwardhigherenergyconsumptionandenvironmentalprotectionrequirementsforthermalpowergeneration,thethermalefficiencyandsewagedischargeofpowerstationboilershavebeengreatlyimproved,andthecapacityofboilersisalsoincreasing,supercriticalpressure.TheDCboilerhasreplacedtheSubcriticalpressurenaturalcirculationdrumboilerandhasbecomethemainunitforthedomesticpowergenerationindustry.Thesupercriticalboileronlydrivesthesteam-watersystembythepressureofthewaterpump,whichmakesithavetheself-compensatingcharacteristicoppositeiotheseandrumfurnace,thatis,thelargertheheatabsorption,thesmallertheflowrateofthesteam-watermediuminthepipe.IfthelargespecificheatzoneundersupercriticalconditionscoincideswiththemostintenseburnerzoneinIhCfurnaceduringboileroperation,theheatabsorptionoftheevaporationheatingsurfacewillbedoubled,causingthefilm-likeboilingphenomenontocauseheattransferdeterioration.Intheeventofanover-temperaturesquibaccident,suchaccidentsshouldbeavoidedduringtheoperationoftheboiler.Thisrequiresanalysisofthedistributionofthethermalpara11wtcrsoftheworkingfluidinheevaporativeheatingsurface,andthelocationofthelargespecificheatzoneanditsThecharacteristicthatchangesinpressure.IhetemperatureoftheworkingsurfaceoftheevaporatingheatingsurfaceofthesupercriticalpressuredirectCiirrcnlboilerisalsothebasisforfurthercalculatingthetemperatureofthemetalwallsurface.BasedonthecalculationdataofsupercriticalDCboilerfuelcalculationandboilerheatbalancecalculation,accordingtotheboilerthcmnlcalculationmethodandzero-dimensionalfurnaceheatInInSfCr11lcl,thehca(transfercapacityoftheu11aceiscalculatedwith6(X)MWsupercriticalpremreOnCe-IhroUghboilerastheresearchobject,andtheevaporationheatingsurfaceisestablished.Iliemathematicalmodeliscalculatedinsections,andthesolutionmcthtJofthemixedequationsofmomentum,energydifferentialequationandcompleteIAPWS-IF97physicalindustrialequationisgiven.Tlierelevantcalculationprogramiscompiledandcalledtoanalyzetheheat(ranslerandthermalworkofthefurnace.Thecharacteristicchange,Ihenumericalsolutionofthe(e11nalparametersofeworkingfluidalongtheheatingsurfaceisobtained.Iliemodelcanpredicttheworkingstateaccordingtotheoperatingconditionsoftheevaporatingheatingsurface,determinethepositionof(heworkingphase,andcanbeusedfortheoperationmonitoringanddiagnosisoftheheatingsurface.GuidethecombustionofsupercriticalDCboilersandNeamtemperaturecontrol.KeywordszSupercriticaIonce-throughboiler：Evaporativeheatingsurface：WatermediunuThermalcharacteristics第1章绪论1.1 研究的背景和意义随着直流锅炉蒸发受热面中汽水介质吸热量增加，会引起工质的热物性参数变化。比如工质虚度、密度、温导系数和比热容等分布改变必揩影响锅炉炉膛内的燃料燃烧工况.而辐射传热量的变化一定会反过来影响蒸发受热面的工作状态，汽水他和烟气侧相互制约，相互影响。而超临界直流锅炉与汽包炉相反的自补偿特性会使水冷壁热负荷较大的区段流量减小，引发类膜态沸腾现彖。火力发电厂是一个由许多部件组成的复杂工业系统。在不同运行工况下J找复杂过程的最佳性能并不简单，因为有几个变量会影响系统的动态变化，并Il这些变量常常相互耦合，相互关陕，然而，从安全、经济运行和保护环境环境的角度上看，对电站锅炉蒸发受热面工质热工特性的有效控制具有重要意义。蒸发受热面的热工参数的分布及其变化可以通过运行测试来研究。然而，出于经济、生产或安全的原因，在机组正常运行的时候进行测试并不总是可行的.例如.运行测试可能需要额外的仪潜.只有在停机时才能安装。模拟仿真同样是分析热工特性的另一种方法。仿真有一些优点。模拟运行过程可以深入分析。模拟仿真使可以得到不可测量的过程变量和参数。如果可以在线获得这些信息的话，无疑对锅炉厂工作人民在正常和启动/关闭操作有重要意义。此外，模拟仿真还可以在远离正常操作条件的极端条件下安全地研究该过程。模拟也是寻找最佳运行工况的有效方法。模拟也可以在电厂运行人员的培训中发挥作用。所以，仿其是过程锅炉设计和运行的市要工具直流锅炉蒸发受热面热工特性分析计竟涉及壁面热负荷计算和水动力计算,需要对不同负荷工况进行校核计算和分析。这就需要查阅相关文献，在炉膛热负荷沿高度方向分布的线算图上取一些代表性的点并将其拟合成函数，并且根据水和水蒸气性质对蒸发受热面沿程热工特性进行逐步计算，注意是否发生传热恶化现象，引起水冷壁超温本课题在直流锅炉炉膛传热和蒸发受热面静态模型的基础上,对受热面工质进行传热和水动力相关计算,分析汽水介质在不同入口压力和温度时,在加热、蒸发和过热段的热工特性.汽水测蒸干点及大比热区移动的移动对蒸发受热面工作特性的影响,为锅炉设计和运行提供依据超临界发电机组是比较成熟的洁净煤发电技术，能够满足调峰作业的要求,具有效率高，响应快，污染物排放低等优点,广泛应用于发电行业。我国计划或将建设数百个超临界发电机组，而发电负荷较高超临界直流锅炉将成为建设大型火力发电厂的关键设备。与汽包炉相比直流炉蒸发受热面和火焰直接作用，承担的较高的热负荷.在锅炉滑压运行时，随若热负荷的不断增加，汽水介质的压力经高压到超临界的大范围变化,在直流锅炉水冷壁内会发生相变过程，而超临界锅炉在额定工况下运行时，汽水介质出现大比热现型的位置一定位于受热面内，工质性质在大比热范围中的剧烈变化使得其成为锅炉设备最差的工作环境，也是工作流体热性能急剧改变的位置，对受热面的工质热工参数沿炉膛高度变化和传热的研究，对提升受热面出口压头，防止发生类膜态沸腾及避免出现热偏差和工作介历不稳定流动的现象.1.2 国内外研究现状1.2.1 超临界直流锅炉炉内燃烧传热模型研究烟气侧和汽水他的工况变化都会影响超临界直流锅炉蒸发加热面的工作特性。炉内的传热和水力耦合是相互关联的问题，并且相互影响。在大多数研究中，研究人员一股将燃烧和流体动力学分割开来。可是锅炉线上测点的测量数据显示，直流锅炉的水动力不稳定性和锅炉炉膛内的燃烧工况密切相关。炉内内部过程引起的热偏差是影响锅内流体动力学稔定性的主要因素I1.火焰在实际运行中通常不在炉了的中心，因为在锅炉运行期间燃烧胧没有被精确调节，或者流场的混合不均匀。这种偏差通常不同于普通平均管的偏差。因此，有必要将炉内的热传递与罐中的流体动力学相结合，以找到其内部相关性并进行耦合计算目前在工程中使用的炉子中的传热的计算取决于若干经验因素并I1.基于不同的简化程度来进行。重范对