大型电站锅炉过热器系统热偏差分析与计算生.docx

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大型电站锅炉过热器系统热偏差分析与计算生

毕业设计论文

学院：

能源与动力工程学院

专业：

热能与动力工程

题目：

330MW大型锅炉过热器系统

热偏差分析与计算

2013年6月

题目330MW大型电站锅炉过热器热偏差特性分析

摘要

随着电力工业的发展，火力发电机组的装机容量日益增大，300MW、600MW机组已成为电网中的主力机组，这部分机组运行质量的优劣对整个电网运行的可靠性、经济性有着非常重要的影响。

过热器和再热器作为锅炉机组重要的部件，其可靠运行无疑对整个机组的安全运行有着非常重要的意义。

随着机组容量的增大，锅炉过热系统因热偏差引起的超温爆管事故频频发生，严重影响了发电厂的安全、经济运行。

鉴于上述原因，关于热偏差的成因及热偏差、壁温计算方法的研究就具有非常重要的实际意义。

但多数人员对热偏差成因的研究多侧重于某一方面，很少对热偏差的成因进行全面、系统的理论分析；而且我国许多锅炉制造厂普遍采用原苏联热力计算标准方法来计算壁温，这种方法对于过去容量小、参数低的锅炉机组来说，计算结果还比较准确，但是对于现代大容量、高参数的电站锅炉来说，不可避免地带来一些问题。

因此，论文在关于热偏差成因的综合理论分析基础之上，建立受热面合理的蒸汽流量分配计算模型、热偏差计算模型和壁温计算模型，摒弃原有计算方法中的不足，采取适于工程应用的计算方法，以实现准确地反映受热面出口汽温和管子壁温分布情况。

同时，依据热偏差的成因提出相应的减小措施或预防对策。

论文以吉林江南热电330MW亚临界锅炉机组为例，对建立的计算模型进行了实际应用，对引起热偏差的主要因素进行了分析。

计算结果证明本文采用的计算方法较为合理，能够反映受热面的实际热偏差状况，对于过热系统受热面的优化设计、事故分析提供了一定的参考价值和实际指导意义。

关键词：

锅炉；过热器；热偏差；壁温；超温爆管

Title330MWboilersuperheaterdeviationcharacterization

ABSTRACT

Withthedevelopmentoftheelectricalindustry,theinstalledcapacityofthethermalpowergeneratingunitisaugmentingincreasingly.Thegeneratingunitsof300MWand600MWhavebeenthemainonesinthepowernetwork.Whetherthesegeneratingunits′operationissuperiorornotwillhaveagreatinfluenceonthedependabilityandefficientperformanceofthepowernetworkoperation.Thereliableoperationofthesuperheaterandreheaterthatarethekeycomponentsofthelarge-capacitypowerstationboilerisverysignificantforthewholeunitswithoutdoubt.Withtheenlargementoftheinstalledcapacity,theoverheatingandtuberuptureoftheboilersuperheatsystemfrequentlyhappenbecauseofthermaldeviation,whichseriouslyaffectsthesafeandeconomyoperationofgeneratingplant.

Onaccountoftherelatedfactabove,researchintothecausesofthethermaldeviation,thecalculationmethodofthethermaldeviationandthewalltemperaturearegreatlyimportant.Butmostresearchesintothecausesofthethermaldeviationoftenarethrownintosomeaside,fewcarryoutanall-roundandsystematictheoreticalanalysis,andmanymanufacturescalculatethewalltemperaturepopularlyaccordingtotheoldstandardmethodabouttheheatcalculationoftheSovietUnion,thismethodissuitableforthelastboilerunitofsmallcapacityandlowparameter,butastolarge-capacityandhighparameterpowerstationboilerstoday,itwillbringsomeproblemsinescapably.Atthesametime,accordingtothecausesofthethermaldeviation,themeasuresorschemestodecreasethethermaldeviationhavebeenputforward.

Thisdissertationputsthecalculationpatternsestablishedintopracticaluse,takingthethermalconditionofthe330MWsubcriticalpressureconcurrentboileroftheJilinJiangnanPowerPlantasanexample,andgivesaprofoundanalysisonthemaincausesofthethermaldeviation.Thecalculationresultsofthethermaldeviationproveitappropriatethatthecalculationmethodistaken,fortheresultscanaccordwiththefactualthermaldeviationcondition.Sothisdissertationcanprovideacertainreferencevalueandpracticaldirectionfortheoptimumdesignoftheheat-exchangersurfaceandtheaccidentanalysis.

Keywords:

Boiler；Superheater；Thermaldeviation；Walltemperature；Overheatingandtuberupture

摘要

ABSTRACT

第1章绪论1

1.1课题背景1

1.2国内外研究成果和发展动态2

1.3课题研究的内容与方法3

第2章过热器系统的热偏差理论分析1

2.1概述4

2.2过热器热偏差概念叙述4

2.3烟气侧热偏差的原因5

2.4蒸汽侧流量偏差原因8

第3章过热器热偏差基本计算方法11

3.1概述11

3.2热负荷不均系数计算11

3.3热偏差计算相关参数的确定14

3.4并联管组流量偏差计算17

3.5热偏差系数计算22

3.6金属壁温计算23

3.7实例锅炉介绍25

3.8实例应用计算结果26

第4章减小热偏差的措施29

4.1减小烟温偏差的措施29

4.2减少蒸汽侧偏差的措施32

结论32

致谢33

参考文献36

第1章绪论

1.1课题背景

随着我国电力工业的发展，火力发电机组的装机容量不断增大，300MW、600MW机组已成为电网中的主力机组，这部分机组运行质量的优劣对整个电网运行的可靠性、经济性有着非常重要的影响。

过热器和再热器作为锅炉机组的重要部件，其可靠运行对整个机组的安全运行无疑有着非常重要的意义。

随着机组容量的增大，锅炉过热系统因热偏差引起的超温爆管事故愈加频繁，极大地影响了发电厂的安全、经济运行。

经有关部门统计，由此问题引起的非计划停运时间占总停运时间的20%左右，少发电量占总发电量的25%左右[1]，这不仅给国民经济造成了很大损失，而且使我国本已紧张的供电形势更加不利，制约了经济的快速发展。

目前，我国大型电站的过热系统存在两个突出的问题[2]:

一是某些机组的受热面管子因超温频频发生爆管事故，严重威胁机组的安全运行；二是某些机组的过热器虽然没有发生爆管事故，但是由于设计时采用了高质量流速，整体采用高档合金钢，使得机组制造成本增加以及机组运行经济性变差。

我国制造的某些机组高档合金钢的使用量往往大于从国外引进的同类机组，这对于我国的机组在国际电力市场中的竞争也是一个极为不利的因素。

我国许多锅炉制造厂普遍采用原苏联热力计算标准方法来计算壁温，这种方法对于过去容量小、参数低的锅炉机组来说，计算结果还比较正确，但是对于现代大容量、高参数的电站锅炉来说，不可避免地带来一些问题。

现代大型机组的发展有以下几大特点[2]：

（1）由于炉膛受热面相对减少，过热器、再热器受热面前移，这些高温受热面工作在比以往更高的烟温区；

（2）现代锅炉普遍采用布置在炉膛上部的屏式过热器，由于辐射热分布极不均匀，容易造成较大的同屏热偏差；

（3）随机组容量增大，炉膛宽度相对减少，为防止受热面结渣和积灰而必然放大管束的横向节距，同时还要增加同屏管子的套数，于是增加了同屏热偏差的幅度；

（4）由于炉膛相对宽度减少以及简化系统等原因，各级受热面之间往往采用大口径管道连接，从而可能加大沿集箱轴向流量分布的不均匀性；

（5）由于沿对流烟道高度方向的尺寸增加，上下部分之间的烟温偏差对壁温的影响不可忽视；

（6）现代高温受热面管子普遍采用变管径或采用节流圈来调整同屏流量偏差以便控制壁温。

正是由于大型机组具有上述特点，原有的热偏差及壁温计算方法已不适应。

大量运行实践表明，采用以往计算方法设计的受热面最大允许壁温往往偏低，而且壁温变化规律不合理，甚至同国外先进设计结果相反。

因此，分析研究锅炉高温受热面产生热偏差的机理与原因，改善原有的热偏差计算方法，以便获得高温受热面管子的真实壁温，从根本上采取相应措施，减少或防止高温受热面的超温爆管事故的发生，具有非常重要的实际意义[3]。

1.2国内外研究成果和发展动态

四角布置切向燃烧锅炉是我国大型火力发电厂的主要炉型，这种锅炉的优点是煤粉湍流混合度强、燃烧效率高、煤种适应性广。

但是由于炉内环状气流螺旋上升至炉膛出口时存在较大的残余旋转造成沿烟道宽度方向的烟速烟温偏差，以及因集箱联接方式、涡流等原因造成的并联管屏流量分布不均和同屏各管吸热不均，经常引起受热面局部超温爆管事故的发生。

多年来，国内锅炉技术人员对切