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1、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to,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
2、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
3、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。大别山电厂超临界600MW机组HG-1970/25.4-YM4型锅炉为一次中 间再热、变压运行带内置式再循环泵起动系统，锅炉
4、的前后墙布置了 30 只低NO 2,轴向旋流燃烧器(LNASB)，采用对冲燃烧方式，配中速 磨煤机正压直吹制粉系统。屏过位于炉膛上前部，标高 50.55m 至炉膛顶部，有 30 组管屏，每 片管屏28 根管子。屏过系统内布置有炉外壁温测点30个，主要用于测量及监视锅炉过 热器各级受热面出口工质的温度及主蒸汽温度。在屏过布置炉内壁温测 点 3 个，分别位于左起第 2 片屏第 1 根、第 8 片屏第 3 根、第 13 片屏 第1根管子的标高58m处。采用恺装型热电偶测量炉内壁温。新安装的炉内壁温测点接入电厂MIS的Oracle数据库中，数据采集时间间隔为 2min。二、试验结果与分析(1) 屏过受
5、炉膛火焰直接辐射，在机组满负荷运行工况下，测得屏过区域炉内管壁温度在620740C范围内变化，炉外管壁温度在500 540C范围内变化（图1）,从炉内外测点测试结果可知，屏过炉内测点 温度变化均比炉外温度变化剧烈。580 -560 -540520750700650600550500屏过第2屏（炉外屏过第（炉内）耶过第嘶（炉外）020406080100 120 140 160 180时 fuj/iti in图1屏过炉内外壁温（2）屏过区域炉内标高58m处左起第8排炉内管壁温度最高（图1）,表明炉膛上部及炉膛出口处存在一定程度的烟气残余旋转。（3）测得炉内温度高于炉外温度100200C，其中以屏过
6、第8屏的炉内外温差最大(图 2)。200180屛过第8屛屛过第13屛屛过第2烯200时间/min图2 屏过炉内外管壁温差M(4) 机组负荷在 400MW 以下时一般投运下层燃烧器，燃烧火焰中心 较低，过热器炉内管壁温度相应也较低，一般在600C以下；机组负荷 在400MW以上时，屏过炉内管壁温度会上升至600C以上。屏过炉内 外的管壁温度均随负荷的变化而变化，并在一定条件下呈正比的关系。 但是，在机组起动调整过程中的某些工况下，屏过的温度波动幅度比较 大，有时甚至超过满负荷时过热器所达到的炉内最高壁温，这与机组负 荷的波动幅度较大、风量过小以及工质流量过小有关。三、炉内外壁温的关联模型 按俄罗
7、斯锅炉机组热力计算标准，各管段的计算壁温按下式进行计 算：式中：t为计算截面中部件的介质温度，C ； 为管子外径与内径之比,按锅炉管实际结构确定；M为热量分流系数，按1998年热力计算标准 819节选取；q0为计算截面处管段单位面积吸热流量，kW/mZ 5为 管壁壁厚，按锅炉管实际结构确定，m；入M为金属材料的导热系数，各种材 料的入M随温度的变化按久入M=A(t厂t) +B考虑式中A、B为系数， MM cTt0为计算的原始温度，C；a 2为管子内壁对工质的放热系数，kw/(m2C)。对于过热器某确定的管段，该处的工质温度应是该段过热器管壁的中 间温度，但在实际运行过程中其无法通过试验得到，能
8、够测量到的是该 段出口处工质的温度阁。对过热器某段确定的管子的炉内温度，可根据 过热器炉内外壁温数据，建立出炉内外壁温的数学关联模型。采取最小二乘法对试验数据进行拟合，设其拟合曲线为S(x )，则误差平方和：m尺=工SOJ y丁 = min(2)本文选定屏过炉内温度最高的左起第 8 片屏作为拟合关联模型的对 象，通过对屏过炉内外温差数据与机组主要运行参数(实际负荷、水煤 比、主蒸汽温度)试验数据进行分析，拟合得到屏过炉内外壁温关联模 型：t=0.0154W 十 9.07040 十 0.391tM一 100.93(3)式中：At为末级过热器炉内外温差，C；W为机组的实际负荷，MW；0为机组的水煤
9、比；tM为机组的主蒸汽温度，C。利用屏过炉内外壁温关系式，由炉外壁温推导出的炉内壁温值与试验 测试值最大误差小于士 6C。四、屏过的三维壁温计算拟合出的超临界 600MW 机组直流锅炉屏过炉内壁温计算公式，对于 编制其三维管壁温度计算程序有模型参照作用，能够提高三维管壁温度 计算程序的准确性。锅炉屏过的三维管壁温度计算需要逐级、逐根、逐点地进行，借助MATLAB 数学软件采用 MATLAB7.0 编制了锅炉屏过三维壁温计算程序，其中包括运算主程序、运算子程序、数据库3 部分。在程序计算中考虑到各管段位置不同造成的管段受热条件的差异，从 热偏差的理论以及三维模型的角度考虑了烟气的辐射和对流情况。
10、在流 量、受热条件、烟温分布、烟速分布和管段吸热量不同的情况下，以微 元段为单位进行热力计算。按照锅炉实际运行工况要求，对屏过进行1-BM-CR、2-TRL 和3-50%BMCR （滑压）3种工况下的壁温计算，得到不同工况下屏过的 壁温分布。选取了具有代表性的第 2、8、13 片屏，绘制出壁温分布图， 具体温度分布见图3图5。C700650600550500450r700图4工况2-TRL下屏过第2.8.13片屏的壁温分布图3工况1 - BMCR下屏过第2.8J 3片屏的壁温分布600580560540520500480工况3-50%BMCR下屏过第2.8.13片屏的壁温分布计算结果和测量结果比较见表1。当有部分测点温度误差较大时，调 节初始上炉膛区的烟气温度场系数，直到最后计算所得温度与实际测量 的温度误差在容许范围内。表1屏过壁温计算值与测值屏数管数计算温度/*测世温度/贮谋差/匸21624.9630. 75, 883710.6715, 95* 3131628. 23.9
