超超临界锅炉水冷壁管传热恶化对横向裂纹影响的有限元分析

为研究不同传热条件下水冷壁管的温度及热应力分布特征,以某1 000 MW超超临界锅炉水冷壁管为对象,建立了水冷壁管的三维有限元模型,分正常传热和传热恶化2种情况进行了计算。计算结果显示,向火侧壁面热负荷、管内传热系数对传热恶化后的温度和热应力有显著影响,在尚未达到屈服前,水冷壁管的热应力与温度基本呈线性关系。传热正常时,水冷壁管鳍片处温度和热应力值大于水冷壁管向火侧顶点相应值,而向火侧顶点发生破坏的可能性较小;在传热恶化时,水冷壁管向火侧顶点的温度和热应力迅速增大,并明显高于水冷壁管鳍片处,传热恶化的反复出现引起的交变应力最终导致水冷壁管横向裂纹的产生。     

超临界600MW锅炉膜式水冷壁的热力学行为研究

建立了超临界锅炉膜式水冷壁的温度场与应力分布的有限元计算模型。计算结果表明,在向火侧中心和鳍片中心的温度最高,而且向火侧内、外壁面温差最大,达29℃;水冷壁管与鳍片的接触面的热应力最大,为1.77 GPa;在向火侧中心的变形量较大,内、外壁面的最大变形量分别为0.193 mm和0.222 mm。     

超临界600 MW机组锅炉膜式水冷壁的热力学行为研究

建立了超临界锅炉膜式水冷壁的温度场与应力分布的有限元计算模型.计算结果表明,在向火侧中心和鳍片中心的温度最高,而且向火侧内、外壁面温差最大,达29 ℃;水冷壁管与鳍片的接触面的热应力最大,为1.77 GPa;在向火侧中心的变形量较大,内、外壁面的最大变形量分别为0.193 mm和0.222 mm.     

锅炉水冷壁鳍片开裂原因分析及处理

某机组锅炉容量及主要参数见表1. 该锅炉投运一年后进行首次检验时发现炉膛水冷壁多处鳍片开裂,鳍片中心部位已完全变形、开裂,并有多条裂纹由鳍片中心向四周的水冷壁管延伸,裂纹尖端已接近水冷壁管壁.鳍片开裂部位均位于人孔、看火孔、吹灰器、燃烧器等特殊结构附近的鳍片较宽区域,且鳍片宽度越大,开裂情况越严重.对鳍片开裂部位的水冷壁管与鳍片的角焊缝向火侧进行渗透检测未发现缺陷,其它正常节距的膜式水冷壁鳍片也未发现开裂现象.     

超超临界循环流化床锅炉膜式水冷壁管温度与应力分析

超临界循环流化床（CFB）锅炉在运行中发生传热恶化使水冷壁出现裂纹,增加水冷壁爆管和泄漏的概率。以某在建超超临界CFB锅炉为研究对象,建立膜式水冷壁的二维有限元计算模型,分析不同传热恶化程度对水冷壁的温度和热应力的影响。结果表明:正常传热与传热恶化时水冷壁管内外壁面温度随方位角θ的变化规律一致,传热恶化时水冷壁的温度整体升高,最高温度由向火侧鳍片中点转移至水冷壁管向火侧顶点;水冷壁管向火侧变形的变化趋势和温度的变化趋势相同,传热恶化时水冷壁的温度和热应力会超过材料的允许温度和屈服强度,反复的传热恶化是导致水冷壁爆管的重要因素。     

1000MW超超临界锅炉高热负荷区垂直水冷壁温度特性研究

针对1000 MW超超临界锅炉水冷壁温度特性,数值研究了炉膛高热负荷区垂直管圈膜式水冷壁截面温度场和炉膛水冷壁温度分布.计算研究表明:水冷壁温度最高区域处于管壁向火侧顶点或水冷壁向火侧鳍端,在低负荷时管壁向火侧外壁温度最高,而高负荷时向火侧鳍端温度最高.管壁最大温差随锅炉负荷升高而显著增大,最高温度亦随锅炉负荷升高而增...     

600 MW超临界压力锅炉膜式水冷壁截面温度场及鳍片厚度研究

建立了超临界压力锅炉膜式水冷壁有限元数学模型,并利用ANSYS10.0软件进行截面温度场分布模拟。模拟结果表明:向火侧鳍端为整个膜式水冷壁截面温度最高点;随着鳍片厚度的改变,向火侧鳍端温度存在一个最低值;对于某电厂600MW超临界压力锅炉,鳍片厚度为7～9mm时鳍端温度存在一个最佳值。     

某电厂水冷壁管氢致应力腐蚀泄漏原因分析

某电厂一台超临界锅炉水冷壁管在检修中发现3处穿透裂纹,裂纹位于水冷壁管排安装拼接焊缝附近。水冷壁管常见泄漏原因包括超温、腐蚀减薄和磨损减薄等。通过DR、金相和电镜等方法分析了该水冷壁管的开裂原因,发现氢致应力腐蚀是管壁泄漏的原因,氢致应力腐蚀使材料在没有发生明显变形减薄的情况下发生低应力脆性开裂,开裂前无征兆,危害很大。     

超临界直流锅炉垂直管屏水冷壁的热应力分析

深度调峰机组锅炉垂直段水冷壁管长期受到热负荷周期性波动影响,容易产生横向裂纹。以某660 MW超临界直流锅炉膜式水冷壁为对象,建立二维有限元分析模型,计算模型的温度场和热应力场,分析水冷壁连接结构的奇异性和热边界参数对热应力和温度的影响。结果表明：鳍片与管子光滑连接过渡能够显著降低水冷壁管的热应力,最大降幅可达32.56%;过渡圆角半径在0～1 mm范围内有较高的灵敏度,超出范围其对降低热应力作用有限;热流密度和换热系数对影响膜式水冷壁最高温度的作用相反,采用Levenberg-Marquardt迭代算法对两者在最高温度为550℃时的关系进行多项式拟合,依据拟合曲线,可参考制订锅炉控制运行参数。     

梯形鳍片膜式水冷壁传热特性数值研究

以某330 MW锅炉为例,通过数值计算的方法分析研究了梯形鳍片膜式水冷壁的传热特性。计算了不同水冷壁管内工质温度、不同水冷壁管内侧对流换热系数和不同水冷壁向火侧接受的平均辐射热负荷下水冷壁管子特定点的温度,重点研究了水冷壁管子背火侧特定点的温差。研究结果表明:水冷壁管子背火侧特定点温差与水冷壁管内工质温度关系不大,水冷壁管子背火侧特定点温差随着管内侧对流换热系数的增大而减小,水冷壁管子背火侧特定点温差与水冷壁向火侧接受的辐射平均热负荷成正相关关系。     

余热锅炉水冷壁的有限元仿真

对余热锅炉水冷壁建立了数学模型,借助Ansys12.0有限元仿真软件对余热锅炉QCF82/1250-53-4.6水冷壁进行了仿真分析。通过建模、划分网格、加载条件和求解,最终取得了其温度场、热流量、热应力的分布规律。结果表明:水冷壁中温度最高处位于每段翅片的中轴线附近,热流量最大处位于翅片与水冷壁管焊接处,热应力分布比较均匀,剪切应力则集中于水冷壁管表面和翅片与管子焊接处。     

翅片管外有机工质TFE凝结换热特性研究

翅片管外有机工质换热特性（凝结换热系数及液膜热阻）影响冷凝器的换热性能。理论模型基于努谢尔修正膜理论,为提高计算精度,将翅片管沿管周向划分有限个微元角,建立各个微元角内翅片侧壁和翅片间基管处的层流膜状凝结换热模型,迭代求解各个微元角内的壁面温度,根据各微元角壁面与饱和蒸汽温差,推导翅壁面及翅间基管上的液膜热阻和换热量,最后求解管子平均换热系数。管壁温度随圆周角θ增大而减小;翅壁及基管上液膜热阻随圆周角θ增大而增大;基管上液膜热阻大于壁面上液膜热阻。与实验值比较,理论模型计算精度高于积分解法计算值。     

基于矩量法的超临界锅炉水冷壁温度场数值计算

超临界、超超临界锅炉水冷壁尤其是燃烧器区水冷壁温度场计算对锅炉的安全运行具有重要意义。该文建立了燃烧器区螺旋管圈水冷壁及鳍片截面的二维稳态导热方程,推导了基于矩量法的有限元数值计算公式,采用双线性四边形单元对截面进行剖分。用分区段热力计算方法确定水冷壁各区段热负荷。依据机组实测的水冷壁入口和出口工质温度和压力,通过计算热负荷引起的焓增确定各校核截面的工质温度和压力。从而确定管内的对流换热系数。计算了不同启动方式下水冷壁管壁内侧温度及其变化率,为指导锅炉的安全稳定运行和锅炉管壁选材提供了依据。     

DSG槽式真空集热管内金属泡沫强化传热的数值研究

以实际辐照为热边界条件,在实际工况下,对槽式太阳能直接蒸汽发电(direct steam generation,DSG)系统过热段的真空集热管内填充金属泡沫强化传热进行三维数值模拟。分析布置方式、几何尺寸H、金属泡沫孔隙率φ对强化传热性能及管壁最大周向温差的影响。结果表明:布置方式和φ一定时,H对集热管传热性能影响很大;布置方式和H一定时,φ对传热性能影响较小;H和φ一定时,底部和顶部布置对强化传热性能有较大影响。H=0.75且金属泡沫置于顶部时达到最佳热性能,与传统集热管相比,Nua提高1050%,管壁最大周向温差降低19℃;H=0.25且金属泡沫置于底部时达到最佳综合热性能,与传统集热管相比,Nua提高450%,管壁最大周向温差可降低25℃。部分填充金属泡沫的集热管,其管内、外壁面温度趋向均匀分布,且聚光区与非聚光区的平均温差大幅降低,这有利于降低管表面热应力而引起的管道变形。     

管壳式换热器机械胀接可靠性评价方法研究

为提升管壳式换热器换热管和管板机械胀接可靠性,通过对胀接密封原理研究,提出采用金相、应力应变以及拉脱力相结合的方式对胀接密封可靠性进行评价。试验结果表明,金相法可准确测量和评价铜管壁厚减薄情况和胀接有效长度;应力应变法可有效检测胀接过程管板孔孔桥壁受应力大小,以此来评价周围管板孔已胀接铜管是否发生径向收缩塑性变形;拉脱力法可有效获得和评价铜管和管板最佳接触残余应力。     

SG420 t/h锅炉水冷壁高温腐蚀分析

贵溪电厂有４台ＳＧ４２０ｔ／ｈ型煤粉炉,其中３台炉的水冷壁发生了高温腐蚀。通过宏观,金相显微镜、能谱分析、Ｘ射线衍射检测分析以及化学实验等方法,得出了管壁减薄是发生了严重的硫化物型腐蚀的结论,并分析了腐蚀原因。     

超临界变压运行直流锅炉内螺纹管螺旋管圈水冷壁的传热特性研究

在压力9~28MPa,质量流速600~1200kg/(m2s),内壁热负荷200~500kW/m2的工况范围内,研究了Φ38.1×7.5mm倾斜上升内螺纹管(倾角α=19.5o)中水的传热特性。试验结果表明:在亚临界压力区,内螺纹管传热强化作用明显,有效地抑制了膜态沸腾的发生,但在近临界压力区此传热强化作用有所减弱。超临界压力区拟临界温度附近,内螺纹管内壁面与流体之间的温差较之前有所增加,但是此增幅远没有亚临界压力区发生传热后的壁温飞升幅度大。随着系统压力接近临界压力,拟临界点附近管壁与工质的温差显著增加。在超临界压力区,不同的质量流速与热负荷比例下,在大比热区内螺纹管内流体传热可能被强化也可能被恶化。在超临界压力下,由于螺旋内槽的旋流作用减弱了自然对流的影响,倾斜上升内螺纹管内壁温度的周向分布比较均匀。在高焓值区内螺纹管的周向最大温差只有10℃左右。文中提出了在考虑大比热区工质物性剧烈变化对传热影响的情况下,倾斜上升内螺纹管顶部内壁传热系数的试验关联式。     

蒸汽锅炉水冷壁管裂纹产生机理分析

通过对河北兴泰发电有限责任公司9号锅炉水冷壁裂纹的宏观特征、微观特征、内外壁垢样分析及对检修过程中相关部件的检查,认为水冷壁管向火侧外壁横向裂纹为腐蚀性热疲劳裂纹,并分析热疲劳裂纹产生机理,提出防范措施。     

300MW CFB锅炉屏式中温过热器管壁温度计算分析

针对循环流化床(CFB)锅炉炉内屏式过热器管子超温爆管问题,建立了某300 MW CFB锅炉屏式中温过热器管壁温度的有限元计算模型,采用四节点四边形单元对温度场剖分并进行了计算分析,不同负荷不同蒸汽流程布置方式(U型布置和Z型布置)的管壁温度分布计算结果表明:不同工况下管壁最高温度出现在鳍片的中心位置处,管内壁温度较低,接近于工质温度;在相同的边界条件下,300 MW CFB锅炉屏式中温过热器蒸汽流程Z型布置优于U型布置。计算结果与实际工程的运行情况吻合良好。