某型号锅炉末级过热器高温腐蚀数值模拟分析

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图2 过热器管壁温度分布图 经过过热器管壁后烟气的温度分布如图3所示。
图3 烟气经过过热器管壁后的温度分布图 经过过热器管壁后烟气的速度分布如图4所示。
图4 烟气经过过热器管壁后的速度分布图 （下转第15页）
《安全》2010年第9期
专项研究
带 来 安 全 隐 患 。因 此 硝 酸 铵 粉 碎 粒 度 宜 控 制 在 1 5 0 目 左 右 ，2 0 0 目 筛 下 物 不 得 超 过 1 5 % ，不 得 对 硝 酸 铵 进 行 超 细 处 理 ，以 提 高 感 度 。
k
另外模型的附加方程包括密度方程： （3）
通 过 式 ( 2 ) 和 式 ( 3 ) ，结 合 流 体 力 学 基 本 方 程 和 相 应 的 初 始 、边 界 条 件 即 可 求 得 烟 气 流 过 过 热 器 形 成 各场的分布情况。
2 网格划分 为 了 更 加 精 确 、全 面 地 得 到 末 级 过 热 器 管 壁 的
型 适 用 范 围 广 ，经 济 、精 度 合 理 ，是 工 程 流 场 计 算 中 的 主 要 工 具 [ 6 ] ，故 采 用 标 准 k - ε 湍 流 模 型 。在 得 到 过 热 器 管 道 的 温 度 以 及 管 道 周 围 的 流 场 特 性 后 ，可 根 据 相 关 文 献 预 测 管 道 的 寿 命 [7]。在 本 例 中 ，水 蒸 汽 参 数
【关键词】 锅炉；末级过热器；高温腐蚀；数值模拟
电站锅炉的过热器作为锅炉换热的重要设备之 一 ，担 任 着 向 汽 轮 机 提 供 额 定 压 力 和 额 定 温 度 的 过 热 蒸 汽 的 重 要 任 务 。研 究 过 热 器 的 腐 蚀 机 理 ，预 测 过 热 器 使 用 寿 命 ，确 保 过 热 器 安 全 、稳 定 运 行 对 整 个 机 组的安全运行有着十分重要的意义[1]。
1 0 2 m m ，管 道 外 径 5 1 m m ，管 道 壁 厚 6 m m 。管 道 壁 面
设 置 为 固 壁 边 界 条 件 ，入 口 设 置 为 质 量 入 口 边 界 条
件 ，出 口 设 置 为 压 力 出 口 边 界 条 件 。
3 换热分析
由于烟气进入末级过热器时的速度较低大约为
1 0 m / s 且 其 他 物 理 特 性 无 明 显 变 化 ，因 此 在 求 解 速 度 场 时 将 流 体 看 做 定 常 流 体 [5]。由 于 标 准 k - ε 湍 流 模
237-238 [6] 李进良，李承曦，胡仁喜．精通FLUENT6.3流场分析
[ M ] ．北 京 ：化 学 工 业 出 版 社 ，2 0 0 9 ．4 4 - 4 5 [7] 岑可法，等．锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀
的 防 止 原 理 与 计 算 [ M ] ．北 京 ：科 学 技 术 出 版 社 ，1 9 9 4 ． 422-426
《安全》2010年第9期
安全科学技术
某型号锅炉末级过热器高温 腐蚀数值模拟分析＊
肖 琨1 王 强1 刘富君2
1.中国计量学院质量与安全工程学院 2.浙江省特种设备检验研究院
【摘要】 本文从流体力学与换热角度出发，基于CFD软件FLUENT对某电站锅炉末级过热器的管道进行数值模 拟 ，以 得 到 锅 炉 末 级 过 热 器 管 道 的 实 际 壁 温 与 管 道 周 围 的 流 场 特 征 。为 进 一 步 得 到 管 道 在 高 温 腐 蚀 下 的 寿 命 提 供 理 论 指 导 ，为 研 究 换 热 器 的 温 差 变 形 及 其 热 应 力 ，评 估 热 应 力 的 危 害 性 提 供 了 保 证 。
现场有效。
参考文献 [1] 刘连生，等.粉状改性硝酸铵感度特征试验研究[J].爆
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社 ，2 0 0 1 ，2 6 ～ 2 9
（ 9 ）连 续 化 生 产 线 关 键 设 备 内 部 和 炸 药 传 送 螺 旋 内 ，安 装 自 动 消 防 灭 火 装 置 ，上 下 道 工 序 之 间 采 取 泄爆和隔爆措施。
（ 1 0 ）油 相 温 度 低 ，不 利 于 输 送 ；过 高 则 造 成 油 相 低 沸 点 物 质 挥 发 及 碳 化 ，甚 至 于 引 发 燃 烧 和 爆 炸 。预 防 措 施 ：定 期 对 温 度 探 头 和 温 度 计 进 行 校 准 ，保 证 现 场 显 示 温 度 和 中 控 室 显 示 温 度 一 致 性 和 准 确 性 ；采 用 减 压 阀 和 限 压 阀 对 熔 化 罐 、储 存 罐 的 最 高 蒸 汽 压 力进行限定。
4 结束语 （ 1 ）改 性 硝 酸 铵 感 度 略 高 于 普 通 硝 酸 铵 。 （ 2 ）防 止 有 机 物 与 改 性 硝 铵 超 时 、超 压 、超 温 接
触 ，避 免 局 部 高 温 防 止 自 燃 。 （ 3 ）各 热 源 安 装 减 压 阀 和 安 全 阀 ，夹 套 采 用 低 压
蒸汽或循环水降温。 （ 4 ）定 期 对 温 度 探 头 及 各 测 点 温 度 计 校 核 ，确 保
（上接第12页）
经 F l u e n t 的 模 拟 与 分 析 可 知 ：管 壁 在 流 场 中 的 温 度 变 化 较 缓 慢 。管 壁 的 最 高 温 度 在 6 0 0 ℃ 以 下 。管 壁温度最高的地方在管道相对于流场的最大截面积 处 。管 道 背 向 来 流 的 区 域 温 度 较 低 。管 道 的 温 度 分 布 并 不 十 分 均 匀 。温 度 分 布 的 不 均 匀 会 在 管 壁 表 面 形 成 热 应 力 ，造 成 高 温 腐 蚀 ，影 响 管 道 寿 命 。
（ 1 1 ）油 相 过 滤 的 目 的 防 止 杂 质 进 入 储 存 罐 ，如 杂 质 中 含 铁 、纸 屑 、木 粉 、纺 织 袋 残 留 物 ，塑 料 薄 膜 内 衬 等 。长 时 间 加 热 不 清 理 就 可 能 引 发 燃 烧 ，造 成 严 重 后 果 。每 勤 必 检 查 ，发 现 滤 网 堵 塞 或 滤 网 破 损 及 时 更 新 。杜 绝“ 四 超 ”，各 工 序 按 技 安 规 程 执 行 。
如表1所示。
表1 锅炉过热器水蒸汽参数表
参数
进口压力MPa 出口温度℃
出口压力MPa 密度kg/m3 进口温度℃
定压比热容kJ/(kg•℃) 导热系数W/(m•℃) 粘度kg/(m•s) 速度m/s 质量流量kg/s
值
18.5 540 17.3 60.8935 504.2 3.1288 8.7415×10-2 2.9827×10-5 1.566 0.1947
本例中末级过热器的材料为12Cr2MoWVT1B。 根 据 表 1 及 表 2 中 的 参 数 ，利 用 F l u e n t 软 件 进 行 换 热 分 析 ，得 到 的 管 壁 温 度 分 布 如 图 2 所 示 。
图1 过热器模型网格图
图 1 所 示 的 网 格 模 型 高 1 0 2 m m ，长 3 0 0 0 m m ，宽
温 度 ，本 课 题 采 用 三 维 模 型 模 拟 整 个 流 场 。由 于 末 级 过热器磨损最严重的往往是最靠近烟气来流的一排
＊ 2 0 0 9 年 浙 江 省 大 学 科 技 创 新 活 动 计 划（ 新 苗 人 才 ）项 目 资 助
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管 道 ，而 这 排 管 道 周 围 的 流 场 大 体 相 似 ，所 以 本 课 题 仅分析末级过热器最靠近烟气来流的一根管道。
烟 气 在 经 过 管 壁 后 温 度 的 变 化 十 分 明 显 ，在 有 些 区 域 温 度 变 化 甚 至 接 近 1 0 0 ℃ 。管 壁 对 烟 气 的 速 度 变 化 影 响 很 大 。烟 气 在 经 过 管 壁 后 形 成 的 速 度 梯 度 很 大 ，会 对 管 壁 造 成 剪 切 应 力 ，影 响 管 道 寿 命 。
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过热器的高温腐蚀是一个十分复杂的物理化学 过 程 ，目 前 还 不 能 解 释 得 十 分 确 切 。根 据 目 前 的 理 论 影 响 过 热 器 使 用 寿 命 的 因 素 主 要 有 结 构 、工 艺 的 不 合 理 ，以 及 高 温 腐 蚀 和 飞 灰 磨 损 [2]。本 文 针 对 某 电 站 锅 炉 的 末 级 过 热 器 ，采 用 C F D 软 件 F l u e n t ，k- ε湍 流 模 型 ，结 合 现 场 测 试 的 部 分 参 数 ，模 拟 过 热 器 管 道 的 换 热 机 理 ，以 定 量 分 析 管 壁 温 度 以 及 管 壁 周 围 流 场 的 流 动 特 性 ，为 研 究 烟 气 对 末 级 过 热 器 管 道 的 高 温 腐 蚀 提 供 有 效 数 据 ，为 进 一 步 分 析 末 级 过 热 器 管 道 寿命提供一定的理论指导。
度 计 算 [ J ] ．化 工 装 备 技 术 ，2 0 0 1 ，2 2 ( 4 ) ：2 2 - 2 5 [4] 霍春勇，董玉华，余大涛，等．长输管线气体泄漏率的计
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4 结语 根 据 F l u e n t 数 值 模 拟 结 果 可 知 ，高 温 烟 气 对 电
站 锅 炉 末 级 过 热 器 的 影 响 极 大 。在 烟 气 初 始 速 度 为 1 0 m / s ，初 始 温 度 为 8 7 1 ℃ 时 ，会 在 过 热 器 管 壁 表 面 形 成 明 显 的 热 应 力 和 剪 切 应 力 。这 二 种 应 力 长 期 作 用 在 过 热 器 管 壁 ，会 使 管 壁 产 生 一 定 程 度 的 高 温 腐 蚀 。管 壁 在 腐 蚀 的 作 用 下 ，会 逐 渐 变 薄 。当 管 壁 的 强 度 不 足 以 抵 抗 管 壁 内 部 的 压 力 时 ，就 会 爆 破 ，导 致 锅