1000MW超临界锅炉水冷壁壁温计算研究

1000MW 超临界锅炉水冷壁壁温计算研究

摘要本文选取的研究对象是某台1000MW 的超临界

塔式锅炉，采用的计算方法是分区计算，并简化高参数锅炉内的对流与辐射，将不同锅炉负荷条件下冷壁壁温的分布规律进行总结，对实测数据进行比较。我们发现，超超临

1000MW 机组锅炉启动冷态时，水冷壁易出现超温现象，从

而对水冷壁管材的寿命会产生一定的影响。因此，计算

100MW 超临界锅炉水冷壁壁温很有必要。计算结果表明，水冷壁爆管属于短时过热爆管。当水循环不良时或者水冷壁管出现堵塞时，会比较容易造成水冷壁爆管。因此，为了避免事故的发生，保证壁温适中，在锅炉运行时必须加强监控，控制煤含硫量以及入炉氧量。

关键词1000MW ；超临界锅炉；水冷壁壁温计算文献标识码A

中图分类号TK2

文章编号2095-6363（2015）10-0052-01

目前我国的发电技术已经走向了高效清洁的超临界燃

煤技术，利用这种方式发电必须要提高发电效率，而发电的效率取决与蒸汽动力的循环参数，如果参数高，那么机组的操作效率就高，如果参数低，那么机组的操作效率就偏低。

机组在运行的过程中，1000MW 超临界塔式锅炉的工质流动状态会发生很大的变化，这也会引起锅炉内的温度发生变化，因此，我们需要对锅炉温度进行计算，将温度控制在一定范围之内，以免发生意外现象。本文主要从超临1000MW 机组锅炉水冷壁超温情况、炉灶的分区、数学模型的建立以及温度的计算与分析四个方面进行阐述，其具体情况如下。

1 超临1000MW 机组锅炉水冷壁超温情况电厂1000MW 超超临锅

炉机组水冷壁的结构为垂直管

屏膜式水冷壁，其中运用了经过改进的内螺纹管。其材质为

AS213-T12,在上下炉膛间有设计水冷壁中间集箱，其工质在经过两级混合，再进入上炉膛。通过查询生产信息系统（SIS）

的数据记录，这组数据将电厂2009年1月12日到2010年1

月22 日所有机组5 次水冷壁超温的情况，具体情况如下。

超超临1000MW 机组锅炉水冷壁超温状况是在冷态启

动时超超临1000MW 机组锅炉由湿态转为干态运行后发生

的。其负荷一般300-400MW 的变压运行初期，也就是亚临超临

1000MW 机组锅炉水冷壁超温的测点位置都在前墙超超临1000MW 机组锅炉水冷壁中间信箱入口处，即炉膛标高

界直流运行初期，机组投入协调控制方式（CCS之前。超

45.5m 处。超超临1000MW 机组锅炉水冷壁超温测点在水冷

壁超过常规温度限度前，一般都在340 C左右，并可在5min

内迅速上升到540 C以上或更高，它有着突发性强的特点，

可调节性与可预测性都较弱。

2炉灶的分区

1000MW 超临界锅炉的安全性是电场正常运行的保障，

也是决定超临界锅炉的关键部分。锅炉的工质温度与很多方面的因素都有关系，例如水冷壁的吸热量、水冷壁的进口工质的温度与流量等。如果进口工质的温度太高，可能会引起爆炸，还可能会缩短锅炉的寿命。要想将锅炉的温度计算清楚，我们需要对炉膛进行分析。一般来说，1000MW 超临界塔式锅炉的水冷壁分为下炉膛螺旋管圈水冷壁与上炉膛垂

直管圈水冷壁，螺旋管的倾斜度为27°。下炉膛或分为16

个区域，从冷灰斗半高处开始到第一级过滤器底部结束。而上炉膛则分为5 个区域，每一区域有不同的分工。

3数学模型的建立当锅炉运行时，锅炉内的温度变化相对较快，

但是传热

的过程非常复杂，冷壁工质的温度变化规律难以捉摸，我们需要针对传热过程建立合理的数学模型。第一，锅炉内的燃烧与传热全部都是独立完成的，我们只需单纯计算出火焰沿高度方向的温度分布规律即可，温度在截面径向上的变化是可以忽略的。第二，锅炉的水冷壁壁面与延期都应该被当成灰体来看，如果水冷壁的壁管是单侧受热，那么壁管内的工质流动会相对均匀，水冷壁内放热以及吸热的相关参数要根据机组的工作状态、工质的物性以及经验参数来进行恰当的

选取。第三，在计算划分的各区域中我们需暂时假定火焰的温度场处于均匀状态，火焰的温度按平均温度考虑，但是我们在计算时需要考虑延期对火焰辐射的吸收减弱。第四，各分区内的烟气流动速度需要按照烟气的平均流动速度来计算。

在这一数学模型假定中，我们将其划分为中心火焰去与

周围烟气区，火焰的偏斜我们可以忽略不计，火焰应至始至终位于炉膛的中心区，也就是以火焰的中心位置为圆心，将其分为大小不同的同心圆环。水冷壁避免接受到的辐射投射表示如下：在公式中，?O k 为辐射减弱系数，s 为有效辐射层厚度0为黑体辐射常数，R为间隔距离，B为炉膛宽度。

除了计算辐射换热，还需要计算对流换热的影响，烟气与壁面的对流换热量Q=a (T-Tb) F, F为壁面面积，a为对流传

热系数。

4温度的计算与分析锅炉实验选取的横截面的标高在35m〜55m 之间，稍短

的买卫浴锅炉的主燃烧区，而后者则处于燃尽的区域。在35m

的标高处，存在三种情况工质的温度的试验值与计算值的相

差甚小，当计算得到的950MW 工况工质温度为362.5

268.6C； 500MW 工况工质温度为332.4〜336.6摄氏度。在55m 标高处，950MW 与650MW 工况下的工质温度有不同程度的提高，分别为420.0〜402.8Co 502MW工况的工质温度为342.2〜344.8 C,基本上是保持不变的，这就说明，锅炉

在502MW 的工况下，锅炉的水冷壁存在很长一段的汽水共存状态，工质的温度基本保持不变。

对温度进行计算时，我们必须计算垂直管的温度。当出

口质温度在950MW的工况为460 C,升温为28 C；而在660MW工况为425 C,升温为23 C；沿程的烟气温度会逐

渐降低，传热的温压也会越来越小，工质温度升高的速度会越来越慢。