增壓鍋爐過熱器數(shù)值模擬及熱偏差分析.pdf

1、鍋爐過熱器并聯(lián)管束蒸汽流量分配不均和熱負(fù)荷分布不均是導(dǎo)致汽溫和壁溫差異、甚至局部超溫爆管的兩個主要因素。在傳統(tǒng)的過熱器水動力學(xué)和現(xiàn)有文獻(xiàn)關(guān)于流量和汽溫分布的數(shù)值模擬中，往往針對大型電站鍋爐屏式過熱器，將集箱簡化為流通截面不變的一維圓管。船用鍋爐過熱器集箱往往被內(nèi)部擋板分隔為多個形狀不規(guī)則、長徑比很小的腔體，從而形成復(fù)雜的三維流動，因而集箱無法簡化為一維圓筒或近似地歸結(jié)為某種已知靜壓分布的簡單結(jié)構(gòu)類型。 針對船用鍋爐過熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜

2、的特點(diǎn)，由集箱的基本理論出發(fā)，確定了影響流量分配的結(jié)構(gòu)因素。利用軟件對Z型、Ⅱ型集箱原型和不同結(jié)構(gòu)參數(shù)集箱的流場分別進(jìn)行了三維冷念數(shù)值模擬，分析、歸納并驗(yàn)證了影響流量分配的各種結(jié)構(gòu)因素，提出了模型的簡化原則。用PRO/E建立簡化后的過熱器外部煙氣、內(nèi)部蒸汽及管壁的整體三維模型，選擇合理的邊界條件，以流體力學(xué)基本方程組和κ-ε雙方程湍流模型為數(shù)學(xué)模型，對簡化的過熱器整體蒸汽流動與傳熱進(jìn)行了三維熱態(tài)數(shù)值模擬，直接得到不同負(fù)荷下各流程蒸汽質(zhì)量

3、流量、汽溫、焓值、管壁的溫度、熱流量和傳熱系數(shù)等值的分布規(guī)律。 通過計算分析得出：管壁溫度沿蒸汽的流動方向逐步增大，最高壁溫及最大熱偏差管同為第3流程主汽閥側(cè)靠近中部位置的支管；此位置管內(nèi)蒸汽流量小、但熱負(fù)荷大，致使熱偏差大、蒸汽溫度高、管壁溫高，為危險管；隨著負(fù)荷的增大，各位置管壁溫度隨之增加，各支管間壁溫相差逐漸增大；且第3流程的最高壁溫位置向后轉(zhuǎn)移；各排管束兩側(cè)管子的蒸汽溫度小于中部管子的蒸汽溫度，這與煙氣溫度和流速分布不

4、均勻有關(guān)；第3流程的熱偏差系數(shù)較大，主要是由于蒸汽引入、引出方式及結(jié)構(gòu)布置造成的，應(yīng)從設(shè)計上進(jìn)一步改進(jìn)，使熱負(fù)荷與流量匹配，減小熱偏差，降低管壁溫度。 文章從基礎(chǔ)理論出發(fā)，推導(dǎo)得出過熱器模型簡化原則首次實(shí)現(xiàn)了船用增壓鍋爐過熱器整體三維數(shù)值計算分析。通過對蒸汽、管壁及煙氣的耦合計算，得出了過熱器的傳熱與流動規(guī)律，確定了各工況最高壁溫位置及危險工況條件，歸納得出熱力性能參數(shù)隨負(fù)荷的變化規(guī)律，可為增壓鍋爐的設(shè)計及運(yùn)行提供一定的技術(shù)支撐