分隔屏过热器管材及壁温计算

600MW机组锅炉屏式过热器壁温测试及三维计算摘要：大型锅炉过热器爆管是造成机组强迫停机的重要因素之一，而大多数的爆管都是由管壁超温引起的。

因此，为了准确了解锅炉屏式过热器（屏过）的壁温分布情况，在大别山电厂超临界600MW机组锅炉屏式过热器上进行了炉内外壁温测试，实时采集了炉内壁温及炉外壁温的变化数据，找出了屏式过热器炉内外壁温的关系，并用最小二乘法拟合出二者的关联模型，并进行了三维壁温分布计算分析。

利用所拟合的屏式过热器炉内外壁温的关联模型及炉外可长久保留的测点测量出的温度t0，可以预测发生超温管段的炉内温度。

此外，利用该模型还可验证屏式过热器三维管壁温度计算程序结果的可靠性。

伴随着锅炉蒸汽参数提高及容量增大，过热器和再热器系统成为大容量锅炉本体设计中必不可少的受热面，这两部分受热面内工质的压力和温度都很高，且大多布置在烟温较高的区域，受热面温度接近管材的极限允许温度。

锅炉容量的日益增大，使过热器和再热器系统的设计和布置更趋复杂。

在炉膛出口以及各高温受热面进口截面上，烟气速度及烟温的分布偏差越来越大，使与过热器并列屏片和同屏的各个并列管间的吸热偏差及管壁所承受的壁温差也越来越大。

由于蒸汽流经管内温度不断升高，而管外的烟气温度沿烟道横截面分布不均，且沿烟气流向在不断传热，因而管内各处温度都有不同，使得有的管段温度高于整个管内的平均温度，这也是高温受热面管过热或爆管的主要原因。

要进行大型锅炉高温受热面管壁的监测和寿命预测，必需获得管子各处的温度分布。

在现有测试条件下，还无法对高温受热面炉内壁温进行长期实时监测，只能通过测定炉外壁温去推定炉内壁温。

为此，需要进行锅炉过热器内外壁温对比试验，并利用试验数据进行屏过的壁温计算。

一、试验方案炉内壁温测量及炉内外壁温对比试验需要选定过热器不同管排及内外圈管子，在其上面安装炉内壁温测点，在各种典型工况下进行炉内壁温测量及炉内外壁温对比试验，得到炉内管壁温度分布。

一、填空题１、省煤器管泄露的主要现象是：省煤器烟道内有异声，排烟温度降低，两侧烟温、风温出现偏差，给水流量不正常地大于蒸汽流量，炉膛负压产正等。

２、锅炉所有水位损坏时，应紧急停炉。

３、正常运行中，过热蒸汽与再热蒸汽的温差不大于 30℃。

４、自然循环锅炉水循环的主要故障有停滞和倒流。

５、当风机在不稳定区域工作时，所产生的风压和流量的脉动现象称为喘振。

６、我厂#1、#2锅炉的型号为 HG-1025/17.3-WM18 。

７、一次风机的形式为离心风机，送风机的形式为轴流风机。

８、磨机顶轴油压大于 4.5MPa 时才允许启动磨煤机。

９、停炉过程中，汽包壁温上下温差不大于 50℃，主、再热汽压下降速度＜0.098MPa/min,主、再热汽温下降速度＜１℃/min。

１０、送风机推力轴承温度高于 95℃时，保护联锁动作跳风机。

１１、送风机控制油站正常运行的范围是油压为 1.2～8MPa ，油温为15~50℃。

１２、煤的工业分析成分有：水分、挥发份、固定碳、灰分。

１３、对于发生故障的辅机，除发生人身伤害或设备损坏的故障须立即停机外，一般应先启备用辅机，然后停止故障辅机。

１４、空预器的冲洗只能在停炉状态下，且空预器进口烟温＜150℃时进行，冲洗水压不小于0.5MPa。

１５、当气温低于10℃时，应投入热风再循环，控制空气预热器的进口温度在10℃以上。

１６、轴承振动限额与转速有关。

转速＜3000、＞1500时，振动值≤0.05mm；转速＜1500、＞1000，振动值≤0.08mm；转速＜1000、＞750振动值≤0.1mm；转速＜750振动值≤0.12mm。

１７、燃烧必须具备的条件，即要有较高的炉膛温度、良好的混合和足够的空气量。

１８、我厂过热汽温采用喷水减温调节，再热汽温采用烟气挡板调节。

１９、我厂锅炉为防止炉膛内高热负荷区发生膜态沸腾，在折焰角以下的水冷壁管均采用内螺纹管。

２０、润滑油的作用是润滑、冷却、清洗。

２１、炉膛发生爆燃的三个条件是：有燃料和助燃空气的积存、燃料和空气的混合物达到了爆炸的浓度、有足够的着火热源。

一、均匀受热光管的管壁温度图23-1 锅炉受热管壁温变化图23-5 膜式水冷壁管结构膜式水冷壁鳍片管正面壁温的确定与光管的相同，其均流系数按前述方法确定也具有足够的精确性。

鳍片顶端的温度按下式确定：d t d g hf qt t K t =+∆gt 鳍片根部的温度max 2211g g t t t q δβμλβα⎛⎫=+∆++ ⎪+⎝⎭23.2 壁温校核点工质温度的确定在校核管组中偏差管某一截面的管壁温度时，校核点的工质温度等于该管组计算截面的工质平均温度加上计算管的温度偏差。

gz t t t ∆组件内计算截面处工质的平均温度，t (1)对亚临界压力锅炉的蒸发受热面取其等于工质的饱和温度；(2)对于超临界压力锅炉的水冷壁、过热器、再热器、省煤器和过渡区则按计算确定。

若校核点为管组的出口截面，则工质平均温度等于该管组的出口温度，可由热力计算取用。

x i i i '=+∆若校核点为管组中任一中间点，则其平均温度按计算截面的比焓计算：i 一、炉膛水冷壁炉膛水冷壁计算管组中，从进口到计算截面区段的工质平均焓增为：()zjl f g bqdx km q A i q ηηη∆=∑二、屏及对流受热面计算管组中，从进口到计算截面区段的工质焓增为：zjk j qdx m B Q i q η∆=d fqd qd qdQ Q Q =+qd Q ：计算区段每公斤燃料的吸热量dqd Q ：计算区段的对流吸热量和管间辐射吸热量。

f qd Q ：计算区段从炉膛或相邻气室的辐射吸热量(1) 计算管段从炉膛、屏间气室或空气室的辐射吸热量f f f qdjq A Q B =(2) 计算管段对流和管间辐射的吸热量可由下式确定：f qdd qd jKA t Q B ∆=：计算区段的平均温压。

qd t ∆计算管温度偏差：max t t t∆=-计算管校核点处的工质温度按焓值计算。

max t max i max 1rl jg xsl i i i ηηη⎛⎫=+-∆ ⎪⎝⎭rl η：热力不均匀系数。

一、锅炉整体热力计算1 计算方法本报告根据原苏联73年颁布的适合于大容量《电站锅炉机组热力计算标准方法》，进行了锅炉机组的热力计算和中温再热器及低温过热器出口垂直段管壁金属温度计算，计算报告中所选取的有关计算参数和计算式均出自该标准的相应章节。

对所基于的计算方法的主要内容简述如下。

锅炉的整体热力计算为一典型的校核热力计算，各个受热面及锅炉整体的热力计算均需经过反复迭代和校核过程，全部热力计算过程通过计算机FORTRAN5.0高级语言编程计算完成。

管壁温度计算分别通过EXCEL 和FORTRAN5.0完成。

1．1锅炉炉膛热力计算所采用的计算炉膛出口烟气温度的关联式为：式中，M —考虑燃烧条件的影响，与炉内火焰最高温度点的位置密切相关，因此，取决于燃烧器的布置形式，运行的方式和燃烧的煤种； T ll —燃煤的理论燃烧温度，K ； Bj —锅炉的计算燃煤量；kg/h 。

1．2锅炉对流受热面传热计算的基本方程为传热方程与热平衡方程除炉膛以外的其它受热面的热力校核计算均基于传热方程和工质及烟气侧的热量平衡方程。

计算对流受热面的传热量Q c 的传热方程式为：式中，CV B T F M T cpjj a ︒--+ψ⨯=2731)1067.5(6.031111111"11ϕϑKgKJ Bjt KH Q c /∆=H —受热面面积；⊿t —冷、热流体间的温压， 热平衡方程为：既：烟气放出的热量等于蒸汽、水或空气吸收的热量。

烟气侧放热量为：工质吸热量按下列各式分别计算。

a ．屏式过热器及对流过热器，扣除来自炉膛的辐射吸热量Q fb ．布置在尾部烟道中的过热器、再热器、省煤器及直流锅炉的过渡区，按下式计算：2 计算煤种与工况2.1 计算煤质表1 设计煤质数据表(应用基)2.2 计算工况本报告根据委托合同书的计算要求，分别计算了两种不同的工况。

计算工况一 —— 设计工况计算（100％负荷）根据表1中的设计煤质数据，各设计和运行参数均按《标准》推荐的数据选取。

一、锅炉整体热力计算1 计算方法本报告根据原苏联73年颁布的适合于大容量《电站锅炉机组热力计算标准方法》，进行了锅炉机组的热力计算和中温再热器及低温过热器出口垂直段管壁金属温度计算，计算报告中所选取的有关计算参数和计算式均出自该标准的相应章节。

对所基于的计算方法的主要内容简述如下。

锅炉的整体热力计算为一典型的校核热力计算，各个受热面及锅炉整体的热力计算均需经过反复迭代和校核过程，全部热力计算过程通过计算机FORTRAN5.0高级语言编程计算完成。

管壁温度计算分别通过EXCEL 和FORTRAN5.0完成。

1．1锅炉炉膛热力计算所采用的计算炉膛出口烟气温度的关联式为：式中，M —考虑燃烧条件的影响，与炉内火焰最高温度点的位置密切相关，因此，取决于燃烧器的布置形式，运行的方式和燃烧的煤种； T ll —燃煤的理论燃烧温度，K ； Bj —锅炉的计算燃煤量；kg/h 。

1．2锅炉对流受热面传热计算的基本方程为传热方程与热平衡方程除炉膛以外的其它受热面的热力校核计算均基于传热方程和工质及烟气侧的热量平衡方程。

计算对流受热面的传热量Q c 的传热方程式为：式中，CV B T F M T cpjj a ︒--+ψ⨯=2731)1067.5(6.031111111"11ϕϑKgKJ Bjt KH Q c /∆=H —受热面面积；⊿t —冷、热流体间的温压， 热平衡方程为：既：烟气放出的热量等于蒸汽、水或空气吸收的热量。

烟气侧放热量为：工质吸热量按下列各式分别计算。

a ．屏式过热器及对流过热器，扣除来自炉膛的辐射吸热量Q fb ．布置在尾部烟道中的过热器、再热器、省煤器及直流锅炉的过渡区，按下式计算：2 计算煤种与工况2.1 计算煤质表1 设计煤质数据表(应用基)2.2 计算工况本报告根据委托合同书的计算要求，分别计算了两种不同的工况。

计算工况一 —— 设计工况计算（100％负荷）根据表1中的设计煤质数据，各设计和运行参数均按《标准》推荐的数据选取。

序号符号单位计算公式或数据来源1d×mm 选用2z 1片3n 1根 4c m 据图计算5h pj m 据图计算6s 1mm 7s 1/d s 1/d 8s pj 2mm9s pj 2/d s pj 2/d10x hp 赵翔《锅炉课程设计》附录三图I(a)之511A f pq m 2A f pq =A ch12A p m 2按图计算13A js p m 2A p x hp 14A ld m 2据图计算15A cq m 2据图计算 A ld +A cp17A f p m 218A fld pfj m 2 A sl20m 2根据结构图21m 2根据结构图A24 kg/(m 2*s)（D-D jw2)/()名称符号单位公式单片管子根数屏的深度屏的平均高度横向节距后屏过热器结构尺寸计算名称管径及壁厚屏片数屏区接受炉膛热辐射面积屏的对流受热面积屏的计算对流受热面积屏区炉顶受热面积比值纵向平均节距比值屏的角系数 后屏过热器热力计算序号25m屏区两侧水冷壁受热面积屏接受炉膛热辐射面积炉顶附加受热面辐射面积烟气进屏流通截面烟气平均流通截面积蒸汽流通截面积烟气有效辐射层厚度16192223烟气出屏流通截面蒸汽质量流速m 2m 2m 2A pfj A pj S屏区附加受热面积水冷壁附加受热面辐射面积m 2烟气进屏温度Θ'p ℃查表炉膛校核热力计算 即炉膛出口烟气温度Θ"1烟气进屏焓h'ypkJ/kg 查表炉膛校核热力计算 即炉膛出口烟气焓h"y1烟气出屏温度Θ"p ℃先估后算烟气出屏焓h"yp kJ/kg 查焓温表烟气平均温度Θpj ℃(Θ'p +Θ"p)/2屏区附加受热面对流吸热量Q d pfj kJ/kg 先估后计算，Q ld pfj =83 ,Q slb pfj =130屏的对流吸热量Qd pkJ/kg υ*（h'yp -h"yp +Δα*hlk )-Q dpfj炉膛与屏相互换热系数β赵翔《锅炉课程设计》附录三图Ⅵ炉膛出口烟囱的沿高度热负荷分配系数ηyc赵翔《锅炉课程设计》附录三图Ⅶ屏入口吸收的炉膛辐射热量Q 'f pkJ/kgQ ‘f p =Q hp屏间烟气有效辐射层厚度s m 查表屏的结构数据表屏间烟气压力p Mpa 近似0.1MPa 左右水蒸气容积份额r H2O 查表烟气特性表三原子气体辐射减弱系数k y1/(m ·Mpa)10*（(（0.78+1.6*ΥH2O ）/sqrt(10*p n s ))-0.1)*(1-0.37*T pj /1000)三原子气体和水蒸气容积总份额r nkg/m ³查表烟气特性表灰粒的辐射减弱系数k h 1/(m ·Mpa)55900/power((Θpj +273)^2*d h ^2)烟气质量飞灰浓度μhkg/kg 查表烟气特性表烟气的辐射减弱系数k1/(m ·Mpa)K y *r n +k h *μh567812341314151691011121718屏区烟气黑度α 1-e -kps屏进口对出口的角系数x sqrt((c/s 1)^2+1)-c/s 1注：s 1单位为m燃料种类修正系数ξτ取用屏出口烟囱面积A"pm ²查表4-5屏的结构数据计算炉膛及屏间烟气向屏后受热面的辐射热量Q f p"kJ/kg(Q'fp *(1-α)*x)/β+3600*(б0*α*A ch *T 4pj *ξr )/B j注：σ0=5.67*10-11W/(M ²·K 4)屏区吸收的炉膛辐射热Q f pqkJ/kgQ 'f p -Q"f p屏区附加受热面吸收额辐射热量Q f pfjkJ/kgQ f pq *(A pfj /(A pj +A pfj ))屏区水冷壁吸收的辐射热量Qf pslkJ/kg Qf pq*(A sl /(A pj +A pfj ))屏区顶棚吸收的辐射热量Q f pld kJ/kg Q f pq *(A dp /(A pj +A pfj ))屏吸收的辐射热量Q f p kJ/kg Q f pq -Q f pfj -Q f psl -Q f pld屏吸收的总热量Q p kJ/kg Q dp +Qf p第一级减温水喷水量D jw1kg/h取用第二级减温水喷水量D jw2kg/h 取用屏中蒸汽流量D p kg/h D-D jw2蒸汽进屏焓h'pkJ/kg (（D-D jw1-Dj w2)h"dw +D jw1h gs )/(D-D jw2)蒸汽进屏温度t'p℃查蒸汽特性表，p= 11 mpa蒸汽出屏焓h"p kJ/kg h 'p +B j *Q p /(D-D jw2)蒸汽出屏温度t"p ℃查蒸汽特性表，p= 10.5屏内蒸汽平均温度t pj℃(t 'p +t"p )/221222324192029303132252627283733343536屏内蒸汽平均比容v pj m ³/kg 查蒸汽特性表，p= 10.75 ,t=396.85屏内蒸汽平均流速ωm/s （D-D jw2）V pj /（）管壁对蒸汽的放热系数α2W/(m ²·℃)赵翔《锅炉课程设计》附录三图Ⅸ烟气侧对流放热系数αdW/(m ²·℃)赵翔《锅炉课程设计》附录三图Ⅺ灰污系数ε(m ²·℃)/W赵翔《锅炉课程设计》附录二表Ⅶ管壁灰污层温度t hb ℃t pj +(（ε+1/α2）*B j *Q p )/(3.6*A p js )辐射放热系数αfW/(m ²·℃)赵翔《锅炉课程设计》附录三图xv 利用系数ξ赵翔《锅炉课程设计》附录三图XIV烟气对管壁放热系数αl W/(m ²·℃)ξ*（3.14*αd *d/2s 2x hp +αf ）对流传热系数k W/(m ²·℃)α1/(1+(1+Q fp /Q dp )*(ε+1/α2)*α1)较大温差△t d ℃01p -t 1p较小温差△t x℃0"p -t"p平均温差△t ℃若△t d /△t x ＜1.7则 △t=0.5*（△t d +△t x ）；若△t d /△t x ＞1.7则△t=（△t d -△t x ）/2.3㏒（△t d /△t x ）屏对流传热量Q p ct kJ/kg 3.6*k*△t*A js p /B j误差△Q %100*(Q d p -Q ct p )/Q d p 误差﹤2屏区两侧水冷壁水温t bs ℃查蒸汽特性表平均传热温差△t ℃0pj -t bs 屏区两侧水冷壁对流吸热量Qd pckJ/kg 3.6k △tA cq /B j误差△Q %100*(Qslbpfj -Q d pc )/Q slbpfj 误差﹤10屏区炉顶进口气焓h 1pld kJ/kg h bq +Q ld B j /(D-D jw1-D jw2)屏区炉顶进口气温t1pld℃查蒸汽特性表p=11.4383940464748494243444554555657505152535859屏间烟气平均流速ωy 41m/sB j V y （ Θpj +273）/（273*3600A pj ）数值42*516102.2686.2759114.150.41.20.92101.35398.17366.3222.4128.4450.85896.9093990466.9194.8563.02 75.726192440.129 784.7760551 0.785184744结果1173.57 16214.1107614741.7 1124.785195 1271.51040.970.95880.19 0.7851847440.10.0586 10.052875960.2042 80.876557250.01486 3.2546229130.225508060.1281512690.563.02 328.9943814 551.1956186 221.4341944 30.09066438 87.18018825329.7614242 1601.27182470507050462950 2945.84370 3109.5989694404050.0246 19.305490961916.75 11.22651712390.005 722.431595854.481 109.9419565 62.30738693803.57636719.7851249.198173 1.754781332316.3808.485 138.3931579 -6.456275318 2753.97328。

绝热工程量‎。

‎(1)设‎备筒体或管‎道绝热、防‎潮和保护层‎计算公式：‎‎‎ V＝π‎×(D＋1‎.033δ‎)×1.0‎33δ‎‎‎S＝π×(‎D＋2.1‎δ＋0.0‎082)×‎L‎式中D——‎直径‎‎ 1.‎033、2‎.1——调‎整系数；‎‎‎δ——绝热‎层厚度；‎‎‎L——设备‎筒体或管道‎长；‎‎ 0.‎0082—‎—捆扎线直‎径或钢带厚‎。

‎ (2)‎伴热管道绝‎热工程量计‎算式：‎‎①单‎管伴热或双‎管伴热(管‎径相同，夹‎角小于90‎°时)。

‎‎D′＝‎D1＋D2‎＋(10‎～20mm‎)‎式中D‎′——伴热‎管道综合值‎；‎‎ D1 ‎——主管道‎直径；‎‎ D‎2——伴‎热管道直径‎；‎‎ (10‎～20mm‎)——主管‎道与伴热管‎道之间的间‎隙。

‎‎②双管‎伴热 (管‎径相同，夹‎角大于90‎°时)。

‎‎‎D′＝D1‎＋1.5D‎2＋(1‎0～20m‎m)‎‎③双管‎伴热 (管‎径不同，夹‎角小于90‎°时)。

‎ D‎′＝D1 ‎＋D伴大＋‎(10～2‎0mm)‎式‎中D′——‎伴热管道综‎合值；‎‎ D‎1——主‎管道直径。

‎‎将上述D′‎计算结果分‎别代入相应‎公式计算出‎伴热管道的‎绝热层、防‎潮层和保护‎层工程量。

‎‎ (3)‎设备封头绝‎热、防潮和‎保护层工程‎量计算式。

‎‎‎ V＝\‎[(D＋1‎.033δ‎)／2\]‎2 π×1‎.033δ‎×1.5×‎N‎‎ S＝‎\[(D＋‎2.1δ)‎／2\]2‎×π×1‎.5×N‎‎(4)阀‎门绝热、防‎潮和保护层‎计算公式。

‎‎‎ V＝π‎(D＋1.‎033δ)‎×2.5D‎×1.03‎3δ×1.‎05×N‎‎‎S＝π(‎D＋2.1‎δ)×2.‎5D×1.‎05×N‎‎(5)法‎兰绝热、防‎潮和保护层‎计算公式。

过热器运行问题-热偏差及壁温计算收集于网络，如有侵权请联系管理员删除第二节 过热器壁温计算锅炉过热器、再热器爆管是造成火电机组非正常停机的重要原因之一，严重影响了火电机组的安全、经济运行，而且过热器、再热器管的失效在大型电站中具有一定的普遍性。

过热器的失效类型主要有短期超温、长期超温、氧化减薄、高温腐蚀等，诸多失效形式均与过热器壁温状况有着直接或间接的关系。

对于工作在高温状态下的过热器、再热器而言，控制其管壁超温是运行中的首要任务。

一、温度计算公式过热器和再热器受热面管子能长期安全工作的首要条件是管壁温度不能超过金属最高允许温度。

过热器和再热器管壁平均温度的计算公式为：max q t t t gz g b μ+∆+=β()⎥⎦⎤⎢⎣⎡++λβδα112 式中 b t —管壁平均温度，ºC ；gz t —管内工质的温度，ºC ；gz t ∆—考虑管间工质温度偏离平均值的偏差，ºC ；μ—热量均流系数；β—管子外径与内径之比；m ax q —热负荷最大管排的管外最大热流密度，kw/m 2；2α—管子内壁与工质间的放热系数，kw/m 2.ºC ；δ—管壁厚度，m ；λ—管壁金属的导热系数，kw/m..ºC 。

二、壁温影响因素(1)工质温度：过热器和再热器任何部位的管壁超温都会威胁到整台机组的安全，为了使整台机组的过热器、再热器壁温不超温，运行中整体汽温的保持是非常重要的。

除此之外，各平列出口的工质温度差别越小对过热器、再热器的壁温安全越有利；(2)热偏差：壁温最高的位置是热偏差最大的位置。

当过热器、再热器温度处于正常水平时，但整个区域存在诸多不均匀因素，也会造成过热器、再热器局部壁温过高，影响过热器、再热器的安全性；第二节过热器热偏差一、热偏差概念从上式可，管内工质温度和受热面热负荷越高，管壁温度越高；工质放热系数越高，管壁温度越低。

由于过热器和再热器中工质的温度高，受热面的热负荷高，而蒸汽的放热系数较小，因此过热器和再热器是锅炉受热面中金属工作温度最高、工作条件最差的受热面，管壁温度接近管子钢材的最高允许温度，必须避免个别管子由于设计不良或运行不当而超温损坏。