超临界锅炉水动力计算

　第21卷第10期　2008年10月

文章编号:10072290X(2008)1020019203

广东电力

GUANGDONGELECTRICPOWERVol121No110　

Oct12008

超临界锅炉水动力计算

王雪涛

(华北电力大学能源与动力工程学院,河北保定071003)

摘要:,,通过程序计算,并根据计算结果,绘制了西柏坡电厂CR)和30%MCR两种工,,验证了重位压关键词:;;;水冷壁中图分类号:;T　　　　　文献标志码:A

HydrodynamicForceCalculationforSupercriticalBoiler

WANGXue2tao

(SchoolofEnergy&PowerEngineering,NorthChinaElectricPowerUniv.,Baoding,Hebei071003,China)

Abstract:Themathematicalhydrodynamicmodelofsingle2phaseanddouble2phasefluidinthewater2cooledwallisestablished.Basedonthehydrodynamiccalculationmethodforutilityboiler,capacity2pressuredropcurvesareobtainedthroughprocedurecalculation,beforeandafterinstallingthethrottleringaroundtheentranceofthespiralwater2cooledwalltubeatmaximumcontinuousrating(MCR)and30%MCRof600MWsupercriticalboilerinXibaipoPowerPlant.Theuniquenessunderthetwooperatingmodesisexamined.Itisalsoverifiedthatthegravityheadcontributestotheflowstabilityintheraiser.

Keywords:hydrodynamicforcecalculation;supercriticalboiler;computationandanalysis;waterwall

超临界压力变压运行带中间负荷机组要求锅炉能变压运行,负荷变化快,并能快速启停。特别是锅炉的炉膛水冷壁,当机组从额定负荷到低负荷时,炉膛水冷壁管圈的运行压力将从超临界压力降至亚临界压力,水冷壁管圈内工质将有两种工作状态,即单相流动和双相流动,这使锅炉的工作条件更为复杂[1]。分析超临界压力变压运行直流锅炉炉膛水冷壁水动力特性对水冷壁的安全运行有着十分重要的意义。为此,本文建立了超临界直流锅炉水冷壁单相流体、两相流体水动力特性的数学模型,并对西柏坡电厂600MW超临界直流锅炉在最大连续出力(MCR)、30%MCR两种工况下的水动力特性进行分析。

1　水动力特性原理[2]

水动力特性是指受热面系统内当热负荷一定时,工质的流量与压降的关系,即函数式Δp=f(G)。当工质为单相(水或蒸汽)时,每一工质流量对应于一定的压降,即所谓流动的单值性。但在蒸发受热面中,工质为水和汽的两相混合物,在某些条件下,在同一压降和受热相似的条件下,各并列管子中工质的流量会出现很大的差别,同一压降对应不同的流量,即流动的多值性。为了保证受热面工作的可靠性和布置的合理性,要进行锅炉机组的水力计算,进而确定给水泵所需的压头。

2　数学模型与管子压降计算流程图[3]

选取一组管束作为研究对象,考虑管内工质所处的状态,前段为单相水,后段为两相状

收稿日期:2008204205

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广东电力第21卷

态,所以首先确定相变点,然后分别建立单相流体流动阻力的数学模型和两相流体流动阻力的数学模型。211　单相流体流动阻力数学模型

单相流体在管内流动时,总压降可由下式计算:

Δp=Δp1+Δp2+Δp3+Δp41(1)

式中:Δp为总压降;Δp1为摩擦压降;Δp2为局部阻力;Δp3为单相流体的重位压降;Δp4为单相流体的加速压降。由于Δp4相对于p很小略不计。pp1Δp(2)

[]的计算方法分别计算。212　两相流体流动阻力数学模型两相流体流动阻力的数学模型参照单相流体流动阻力的数学模型建立,即

Δp′(3)=Δp′1+Δp′2+Δp′31

在这里两相流体的各项压降也按照文献[3]的计算方法分别计算。213　管子压降计算流程图

管子压降计算流程如图1所示。

3　计算结果与分析

计算采用Fortran编程,主要参数为:管子内径20104mm;进口管段长度0184m,不受热,装有2个直径为11mm的节流圈,产生的局部阻力系数为58;剩余管段长度107175m,单位长度管段受热均匀,剩余管段局部阻力系数为2125;内螺纹管的摩擦阻力系数经计算取为0103。311　MCR工况

在MCR工况下得到的计算结果如图2、图3和图4所示。

从图2可以看出,管段进口加装节流圈前后流量-压降曲线均呈现单值性,这说明MCR工况下锅炉水冷壁水动力特性良好。呈现单值性的原因在于MCR工况时管段进口加装节流圈前后管内工质直接由单相水变为过热蒸汽,而没有汽液两相共存的阶段。

对比管段进口加装节流圈前后压降-流量曲线,可见前者的斜率稍大,加装前为01589,

加装

后为01489,说明加装节流圈后,水冷壁水动力特性有所改善。并且加装节流圈后压降-流量的特性曲线斜率满足工质流量的相对变化小于压降相对变化3倍的要求,很小的压力变动不会引起很大的流量波动。

　第10期王雪涛:

超临界锅炉水动力计算

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在MCR工况下,工质流量为302317kg/h,

通过计算得到:管段进口装有2个直径为11mm的节流圈后,在长度约为93167m处发生相变,相变点压力约为26164MPa,总压降为2108MPa。

由图3和图4可知,在MCR工况下,在上升立置管屏中,重位压头基本不随流量的变化而变化,重位压头有利于流动的稳定性。312　30%MCR工况

图5、图6、图7为在30%MCR工况下,得到的计算结果。

在30%MCR工况下,管段入口加装节流圈前,流量在1220～1310kg/h范围内,有可能出现多值性。管段进口加装节流圈后,水动力特性得到了明显改善,呈现单值性。但流量在1220～1310kg/h范围内,流量-压降特性曲线的斜率不能满足工质流量的相对变化小于压降相对

变

化3倍的要求,很小的压力变动将会引起很大的流量波动。因此,在30%MCR工况下,应注意流量在1220～1310kg/h范围内的调节,可

(下转第25页)　　

　第10期张卫:

垃圾焚烧发电厂锅炉参数技术的选用

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的垃圾焚烧发电系统对于BOT投资人来说还是存在一定的风险的。

e)从我国目前的技术发展趋势来看,随着制造水平的提高、耐腐蚀材料价格的下降以及垃圾分类收集的进一步完善,使得锅炉过热器耐腐蚀能力的进一步提高成为可能,因主蒸汽参数的提高带来的发电收益将会提高,对于大容量焚烧炉尤为明显,中温次高压技术在我国大容量垃圾焚烧炉上应用是一个发展趋势。

成后迅速挥发,使管壁直接暴露在高温烟气中进一步腐蚀。

b)在设计高参数的锅炉时采用耐高温腐蚀的镍基金属(如INCONEL625)作为过热器高温段材料,以提高过热器的使用寿命。

c)采用有效的除灰装置,如卧式过热器采用

5　减缓高温腐蚀的对策

a),振打式除灰器,。

d),适当增加处于腐蚀、延长受热:

,一般为118～212。研究表明,要原因是烟气中的各种氯化物对金属管壁的侵蚀;在这些腐蚀发生的条件中,除了温度及烟气中的氯、硫等组分的原因外,烟气中的含氧量是相当重要的因素。金属中的铁与烟气中的氯在氧化性气氛中生成氧化铁(Fe2O3)。Fe2O3是一层致密的保护膜,可阻止Cl2与管壁金属进一步反应和腐蚀。当焚烧炉内为含氧量较低的还原性气氛时,FeCl2在金属表面形成,由于它的气化点很低,生

[1]赵有才1生活垃圾资源化原理和技术[M]1北京:化学工业出

版社,20021

[2]程平1垃圾焚烧技术的应用[J]1中国环卫科技,2007(4):

18-221

[3]卞俊,王柯1垃圾焚烧炉的腐蚀问题及其对策[C]//2004年城

市生活垃圾焚烧处理技术与设施建设专题研讨会论文集1北京:中国城市环境卫生协会,20051

作者简介:张卫(1967-),男,广东揭阳人。工程师,工学学士,主要从事进口大型垃圾焚烧炉技术的引进、开发工作和环保节能技术的研究工作。E2mail:zhangwei@grantop1net。

(上接第21页)

避免在此区间运行,如需在此流量区间运行则可关小入口水管路的阀门,增大阻力,使其呈单值稳定运行。

30%MCR工况下,随着热负荷减小,压力和

性,要进行锅炉机组的水力计算,通过这种计算也可确定给水泵所需的压头。

本文详细阐述了水冷壁压降的计算方法和流程,通过程序计算,得到西柏坡电厂600MW超临界锅炉MCR和30%MCR两种工况下螺旋水冷壁管段入口加装节流管圈前后的流量-压降曲线和管道特性曲线,并对其进行了分析比较,校核了两种工况下的单值性,验证了重位压头有利于上升立置管屏流动的稳定性。

参考文献:

[1]范从振1锅炉原理[M]1北京:水利电力出版社,19921[2]樊泉桂1亚临界与超临界参数锅炉[M]1北京:中国电力出版

流量均下降,低负荷时水冷壁水动力稳定性变差,原因在于流量和管网系统压降的非线性关系和压降-流量曲线的斜率变小所致。

在30%MCR工况下,工质流量为94915kg/h,通过计算得到:管段进口装有2个直径为11mm的节流圈后,在长度约为30127m处发生相变,相变点压力约为10172MPa,总压降为01544MPa。

由图6和图7可知,由于重位压头的存在,不仅使压降增大,而且管道特性曲线的斜率明显增大,说明重位压头有利于上升立置管屏流动的稳定性。

社,20001

[3]JB/Z201—83,电站锅炉水动力计算方法[S]1

4　结论

为了保证受热面工作的可靠性和布置的合理

作者简介:王雪涛(1983-),男,河北保定人。硕士研究生,主要研究方向为热力设备及大型回转机械的安全、经济运行与延寿技术。

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