基于有限元数值模拟的超超临界锅炉水冷壁管温度分布研究

现场测试只能得到水冷壁向火侧顶点、背火侧顶点及管内工质温度这3个数据。为研究水冷壁管向火侧整体壁温与这3个点温度的关系,采用有限元数值模拟方法,在ABAQUS软件中建立水冷壁管三维模型,开发自定义传热系数和热负荷子程序,分别研究3个点温度约束与壁面热负荷载荷下水冷壁管温度场分布的差异。发现仅根据3个测试数据无法获得正确的温度场分布,必须提供壁面热负荷数值。借助已有热负荷分布特征,拟合获得了热负荷关于水冷壁管径向距离和向火侧顶点热负荷值的函数,经过试算得到了已知测试温度数据下的壁面热负荷。在该热负荷条件下,计算得到了正确的温度场分布,从而建立了向火侧外壁各点温度与顶点温度的函数。     

USC直流炉水冷壁壁温监测有限元分析

超超临界压力（USC）直流炉膜式水冷壁向火侧危险点壁温的在线监测一直都较难实现。本文基于有限元分析的理论提出一种针对900MW超超临界压力电站锅炉水冷壁在线温度场数值模拟水冷壁截面二维温度场方法,数值模拟结果经理论分析和试验验证,求解精度高,可信度好,为间接测量USC直流炉水冷壁向火侧危险点温度提供了新的监测方法。     

600MW超临界锅炉炉膛膜式水冷壁的热行为研究

建立了超临界锅炉膜式水冷壁温度场的有限元计算模型,系统地分析了管壁、鳍片、水垢和积灰厚度对水冷壁温度分布的影响.结果表明:在锅炉炉膛膜式水冷壁向火侧中心和鳍片中心的温度最高,且向火侧内、外壁面温差最大,为29 K;管壁厚度对B、C、D点温度影响较小,但对向火侧A点的温度影响较大,而鳍片厚度对管壁内温度影响较小;随着水垢厚度的增加、积灰厚度的减小,水冷壁向火侧温度基本上呈线性升高的变化趋势.     

超超临界锅炉垂直管圈水冷壁焊缝交错区域温度场建模及热应力模拟

以某660 MW超超临界锅炉为对象,构建垂直管圈水冷壁焊缝交错区域温度场模型,研究热应力分布对裂纹的影响。结果表明：焊缝交错区域管环焊缝向火侧顶点的温度高于直管段管壁向火侧顶点温度,发生超温时比直管段管壁向火侧更容易开裂;水冷壁管最大轴向拉应力位于焊缝交错区域管环焊缝焊趾向火侧顶点附近,在变负荷运行工况下易导致交变热应力,产生沿管环焊缝焊趾延伸的横向裂纹;焊缝交错区域应力集中处的等效应力大于直管段对应处,背火侧管环焊缝焊趾与鳍片角焊缝交接处等效应力最大,超过对应的高温屈服强度,材料在交变热应力作用下会诱发裂纹,裂纹沿管环焊缝焊趾向背火侧管壁延伸。     

基于最小二乘支持向量机的水冷壁温度软监测建模

叙述了利用最小二乘支持向量机（LSSVM）对超临界锅炉膜式水冷壁向火侧两个危险点温度进行多目标软建模。指出,该模型可用于向火侧壁温的在线监测,该方法学习速度快、泛化能力强,比GA-BP的软测量建模具有更好的推广能力。     

基于渣层增长模型的水冷壁背火侧温度表征特性

以某台600 MW超临界锅炉为研究对象,提出了渣层增长模型,考虑焊脚结构对导热的影响建立了结渣水冷壁物理模型,并采用Fluent模拟了不同工况下结渣水冷壁的温度分布,根据240组工况模拟结果,分析了背火侧温差与锅炉关键运行参数的关系.结果 表明:渣层表面温度主要取决于炉膛烟温的变化,背火侧温差(背火侧管壁中点与背火侧鳍片中点之间的温差)受结渣影响明显,可作为诊断结渣厚度的特征参数;背火侧温差与炉膛烟温呈接近线性的正相关关系,其随管内工质对流传热系数的增大而减小,并趋近于一个恒定的温度;在锅炉正常负荷范围内,管内工质对流传热系数对背火侧温差的影响要小于炉膛烟温,但工质温度对其影响基本可以忽略.     

附加鳍片对CFB锅炉膜式水冷壁管屏热变形影响的数值分析

基于世界首台600 MW超临界循环流化床(CFB)锅炉实炉实验数据,采用ANSYS软件建立高度×宽度为4.6 m×2 m的膜式水冷壁管屏计算模型,开展了100%BMCR(锅炉最大连续蒸发量)工况下水冷壁管屏热变形的数值模拟,分析了背火侧附加鳍片及其尺寸对水冷壁管屏热变形的影响。结果表明：由于炉内热负荷分布不同,随着炉膛高度的增加,水冷壁管屏向火侧热变形先增大后减小,在炉膛高度39.5 m处达到最大值,最大热变形量为1.43 mm;在水冷壁管背火侧焊接一块附加鳍片,可有效减小水冷壁管屏热变形,当附加鳍片尺寸为6 mm×4 mm时,水冷壁管屏向火侧热变形量减至0.57 mm。     

超临界锅炉螺旋管圈水冷壁热负荷在线监测的研究

对超临界锅炉螺旋管圈水冷壁烟气热负荷在线监测进行研究,针对超临界螺旋管圈水冷壁的特点,考虑在线监测的要求,在特征管的水冷壁背火侧安装温度测点,根据温度测量数据计算出烟气侧平均热负荷。由现场运行数据的计算结果符合烟气热负荷分布规律。可作为水冷壁壁温计算及偏差调整的基础数据。为水冷壁在线监测提供了一种新方法。     

1000MW垂直管圈超超临界锅炉水冷壁工质相变转换对金属壁温影响的试验研究

以1台1000MW垂直管圈内螺纹水冷壁电站锅炉水冷壁为研究对象,通过在燃烧器区域金属壁温的代表性水冷壁管沿高度方向上新设计制造并安装三组能够同时测量水冷壁管工质温度、向火侧和背火侧金属壁温测量装置,并以统计回归的方法分析了一个月的温度监测数据。结果显示,在横向裂纹集中出现在还原区中部标高区域,正是汽水系统工质相态变化频繁的区域或含气率较高的区域,容易发生传热敏感,降低工质温度的传热能力导致该区域向火侧金属温度频繁大幅变化,进而产生交变应力,这是该区域横向疲劳裂纹集中产生的重要原因。     

600MW超临界锅炉机组螺旋管圈水冷壁管壁温度

超临界锅炉水冷壁尤其是燃烧器区水冷壁的温度场计算对水冷壁的安全运行有重要意义。本文采用分区段热力计算方法计算了向火侧的热流密度。依据水冷壁入口和出口工质的实际温度和压力确定了管内工质温度及管内的对流换热系数。基于有限元法对某电厂600MW发电机组锅炉在100％BMCR工况条件下螺旋管圈水冷壁温度场进行了分析计算。     

基于声学测温的水冷壁局部超温监测研究

以理论和试验相结合的方法,对锅炉热态时水冷壁附近的温度场及声线分布进行了研究,开发了基于声学测温的水冷壁局部超温监测系统,并在国内某300MW锅炉机组上进行了试验研究.结果表明：声学测温技术应用于水冷壁局部超温监测是完全可行的;锅炉热态时,水冷壁附近的声线会朝着炉膛内高温侧发生弯曲;系统测得的烟气温度作为基准量能很好地反映水冷壁向火侧壁面温度的变化情况;线性扫频信号可以作为监测系统的声源信号,扫频区间在500～3 000Hz为宜;此系统中,互相关时延估计法能准确地计算出声波飞渡时间.     

W型火焰分级燃烧的热态试验研究

针对东方锅炉厂引进的FW公司300MW的W型火焰锅炉，设计搭建了1MW的W型火焰热态试验台，依据冷态空气动力场的试验结果设计了W型锅炉贫煤燃烧试验，研究了分级燃烧时炉膛中心温度分布规律及排放特性．实验结果表明，良好的组织W型火焰，其炉膛最高温度点应在F层中心线下部．合理的分级配风比是降低飞灰含碳量和NOx的关键，分级程度过大会引起不完全燃烧损失大幅增加，并破坏燃烧稳定性．     

300 MW墙式切圆锅炉水冷壁超温的数值模拟与燃烧优化

某300 MW四墙切圆燃烧锅炉在实际运行过程中一直存在着燃烧器区域的火焰刷墙与高温腐蚀现象,导致燃烧器区域水冷壁易超温,严重影响机组的安全运行.通过现场试验与数值模拟,分析了产生以上问题的原因,并针对性地提出了相应的燃烧器改造与优化方案.结果表明:造成水冷壁超温与高温腐蚀的主要原因是燃烧时火焰产生的切圆过大、火焰气流距...     

超临界锅炉水冷壁工质温度的控制

分析了600MW超临界锅炉下辐射区水冷壁出口工质温度与水冷壁安全性和汽温调节的关系。系统地分析了超临界压力下水和水蒸汽的热物性和在燃用不同煤质对下辐射区水冷壁出口和中间点工质温度的影响。指出水冷壁辐射传热量变化和工质热物性剧烈变化是决定水冷壁工质温度的主要因素，另外，还包括省煤器出口工质温度、蒸发系统的储热量、直吹式磨煤系统调节动态响应特性等。提出了超临界锅炉汽温调节和煤水比调节应注意的几个主要问题。     

Experimental investigation of hydrogen jet fire mitigation by barrier walls

Hydrogen jet flames resulting from ignition of unintended releases can be extensive in length and pose significant radiation and impingement hazards. One possible mitigation strategy to reduce exposure to jet flames is to incorporate barriers around hydrogen storage and delivery equipment. While reducing the extent of unacceptable consequences, the walls may introduce other hazards if not properly configured. This paper describes experiments carried out to characterize the effectiveness of different barrier wall configurations at reducing the hazards created by jet fires. The hazards that are evaluated are the generation of overpressure during ignition, the thermal radiation produced by the jet flame, and the effectiveness of the wall at deflecting the flame.The tests were conducted against a vertical wall (1-wall configuration), and two “3-wall” configurations that consisted of the same vertical wall with two side walls of the same dimensions angled at 135° and 90°. The hydrogen jet impinged on the center of the central wall in all cases. In terms of reducing the radiation heat flux behind the wall, the 1-wall configuration performed best followed by the 3-wall 135° configuration and the 3-wall 90°. The reduced shielding efficiency of the three-wall configurations was probably due to the additional confinement created by the side walls that limited the escape of hot gases to the sides of the wall and forced the hot gases to travel over the top of the wall.The 3-wall barrier with 135° side walls exhibited the best overall performance. Overpressures produced on the release side of the wall were similar to those produced in the 1-wall configuration. The attenuation of overpressure and impulse behind the wall was comparable to that of the three-wall configuration with 90° side walls. The 3-wall 135° configuration’s ability to shield the back side of the wall from the heat flux emitted from the jet flame was comparable to the 1-wall and better than the 3-wall 90° configuration. The ratio of peak overpressure (from in front of the wall and from behind the wall) showed that the 3-wall 135° configuration and the 3-wall 90° configuration had a similar effectiveness. In terms of the pressure mitigation, the 3-wall configurations performed significantly better than the 1-wall configuration.     

600MW锅炉机组膜式水冷壁壁温的试验研究及理论分析

在６００ＭＷ锅炉机组水冷壁热力试验的基础上,为找到使壁温发生波动的根本原因,利用有限元分析的方法对低倍率锅炉膜式水冷壁管壁温度分布随传热工况的动态变化进行了分析。分析表明：导致水冷壁管壁温度波动最根本的原因是管内传热恶化;单面受热水冷壁在管内发生传热恶化时其向火这内外壁温差随时间的波动较小,而水冷壁周向温差则随向炎侧外壁的壁温波动而剧烈波动。     

燃煤锅炉三维CFD数值模型水冷壁热边界条件设定方法

目前,燃煤锅炉三维CFD数值模拟中对炉膛水冷壁传热分布的预测大都基于给定的壁面温度边界条件。然而,此方法无法体现锅炉运行状态对壁面传热与壁温分布的影响。提出了一种基于锅炉烟气侧放热与汽水侧吸热间热平衡关系的壁面传热计算方法,并重点讨论了壁面传热系数的物理意义及取值方法。研究发现,壁面传热系数基本由壁面结渣状态决定,因此可根据壁面渣层的传热系数确定。本文方法将影响壁面传热的关键因素合理地体现在计算过程中,同时在模型复杂性与工程适用性之间保持了合理的平衡。采用此方法对一台320 MW锅炉的燃烧与传热分布进行了数值模拟,水冷壁吸热量的预测结果与锅炉运行数据吻合良好。     

Experimental analysis of the effects of porous wall on flame stability and temperature distribution in a premixed natural gas/air combustion

In the present analysis, the flame stabilization and temperature distribution within a premixed burner contain porous wall are studied experimentally. The effects of inner diameter, length, and pore density of the porous wall, thermal load, equivalence ratio, and the inlet velocity of the fuel‐air mixture on these are studied. The fuel used in this study is natural gas and the porous wall is SiC (silicon carbide) ceramic foam. The experimental results clearly indicate that the axial temperature along the porous wall increases when the inner diameter of the porous wall decreases and its length increases. The porous wall temperature with an inner diameter of 40 mm, length of 66 mm, and pore density of 30 PPI (pores per inch) has the highest temperature among the examined states. The results of studying the effect of the porous wall on flame stability show that the flame stability limit has a direct relationship with the length and pore density of porous wall and an inverse relationship with the inner diameter of the porous wall. Also, it is found that the porous wall has the highest temperature causes the maximum flame stability limit.     

超临界锅炉水动力特性对下辐射区水冷壁出口温度的影响

分析了超临界锅炉水动力特性对下辐射区水冷壁出口温度的影响.阐述了超临界压力下工质的大比热特性及由此容易引起的水动力特性的不稳定性问题,详细地分析了锅炉下辐射区水冷壁出口温度略高于拟临界温度的情况下如何来满足水冷壁的安全性问题,提出了解决该问题的主要考虑因素.