700℃超超臨界鍋爐水冷壁壁溫特性研究.pdf

1、在未來相當長的時間內(nèi),我國對一次能源的消費需求將持續(xù)上升,這對能源的高效清潔利用以及環(huán)境保護等提出了新的要求。我國的600℃等級超超臨界發(fā)電技術已經(jīng)接近成熟,在此基礎上發(fā)展先進700℃超超臨界機發(fā)電技術是未來幾十年能源領域發(fā)展的重要目標以及前進方向。由于長期以來爐內(nèi)燃燒與鍋內(nèi)水動力耦合研究的缺失,鍋爐實際運行中超溫爆管現(xiàn)象頻繁發(fā)生,超超臨界鍋爐爐內(nèi)傳熱特性亟待解決。解決爐內(nèi)燃燒與鍋內(nèi)水動力耦合機制是700℃先進超超臨界燃煤發(fā)電的核心,也

2、是保證700℃超超臨界發(fā)電技術及鍋爐長期安全、高效運行的關鍵。本文在600℃超超臨界鍋爐計算與實驗結果的基礎上,研究了在600℃超超臨界鍋爐結構下,假設蒸汽溫度提升至700℃時,建立700℃超超臨界鍋爐爐內(nèi)燃燒與水冷壁傳熱數(shù)學模型,得到了壁溫分布規(guī)律,并編寫了1000MW超超臨界鍋爐水冷壁壁溫分區(qū)計算程序,主要研究結果如下:
　　對于爐內(nèi)燃燒與傳熱來說:600℃和700℃下爐內(nèi)煙溫和熱負荷分布規(guī)律基本相同,沿爐膛高度方向上逞先增大

3、后減小的趨勢,在爐膛相對高度為0.55處附近,煙溫和水冷壁壁面熱負荷達到最大值,在最高點之前上升趨勢快,之后減弱,而且水冷壁中心區(qū)域的熱負荷要高于水冷壁兩側(cè)分區(qū);對比不同負荷下的煙溫和熱負荷分布,隨著負荷的降低,煙溫和熱負荷都依次降低;由于水冷壁管子進口工質(zhì)溫度的提高,在相同爐型相同負荷下,700℃的爐內(nèi)傳熱能力要弱于600℃,導致爐內(nèi)煙溫和壁面熱負荷比600℃高;本文還分析了爐內(nèi)對流換熱的影響,結果表明在燃燒器以上區(qū)域,對流換熱量所占

4、的比重已經(jīng)遠遠超過5％,700℃時在BMCR工況下最大已經(jīng)達到22.3%,600℃下也有16.8%,這說明對于大容量高參數(shù)的超超臨界鍋爐,在計算爐內(nèi)換熱量時已經(jīng)不能忽略對流換熱的影響;本文還給出了對流與輻射耦合的爐膛放熱系數(shù),為大容量超超臨界鍋爐設計工作提供了依據(jù)。對于鍋內(nèi)工質(zhì)的換熱來說:600℃超超臨界參數(shù)三種工況下的工質(zhì)都經(jīng)歷了兩相區(qū),在兩相區(qū)內(nèi)工質(zhì)溫度不變,保持為飽和溫度;而700℃超超臨界BMCR工況下的水冷壁進口工質(zhì)溫度已經(jīng)達

5、到該參數(shù)下的擬臨界溫度375℃,工質(zhì)在水冷壁管內(nèi)一直都是單相流體,表明在進入水冷壁管子之前已經(jīng)跨過大比熱區(qū),工質(zhì)在管內(nèi)升溫速率基本相同;75%BMCR和50%BMCR工況下工質(zhì)依然需要跨過大比熱區(qū),但與600℃相比,75%BMCR工況下大比熱區(qū)不明顯。
　　針對水冷壁壁溫的求解,本文綜合爐內(nèi)與鍋內(nèi)的分區(qū)數(shù)值計算模型,建立了爐內(nèi)氣固多相燃燒與鍋內(nèi)汽液多相水動力的耦合換熱模型,研究了無偏差以及分別存在熱偏差和流量偏差時的水冷壁壁面溫度

6、分布規(guī)律,結果表明:無熱偏差及流量偏差時,BMCR工況下水冷壁周向壁溫分布呈中間高兩邊低的趨勢,600℃時水冷壁計算壁溫400℃~525℃,700℃時計算壁溫在534℃~619℃。壁溫最大值為619℃,建議在5%左右的設計裕度下,水冷壁管子選用許用溫度大于650℃的材質(zhì)以保證運行安全。對比不同標高處水冷壁壁溫的分布曲線,34m標高處壁溫曲線的曲率要遠大于54m標高處的曲率,這主要是因為34m標高處于主燃燒區(qū),而54m標高處于燃盡區(qū),34