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锅炉水冷壁管传热的有限元分析

发布于:2016-05-20 19:19
有限元分析

      1000 MW超超临界发电机组锅炉是当前最先进的火力发电机组锅炉,其设计上采用了很多先进的理念和技术,确保锅炉水冷壁的安全长周期运行。国内部分超超临界垂直管圈锅炉在实际投运后的检修中仍发现,水冷壁管某标高区段内较人面积范围内产生横向裂纹,严重威胁电厂的安全生产针对该问题进行有限元分析研究,找出水冷壁裂纹产生的原因和机理,对保证锅炉的运行安全具有重要意义。
      相关研究显示,水冷壁横向裂纹的产生是热应力过人或热疲劳引起,而热应力与管壁的温度分布有密切关系。传统的水冷壁管温度的计算方法,计算的壁温是人为按经验事先选定的危险点温度,但是由于实际运行的复杂性和负荷的多变性,此方法不能够正确而连续地反映出屏中每根管子的壁温分情况现阶段,数值模拟方法越来越多地被采用,如文献建立了流固拙合计算模型,模拟了炉内燃烧过程以及各工况对壁温分布的影响,得到了炉膛内的温度分布以及炉墙的热应力、应变分布,并通过小型实验验证。
      文献利用有限元计算了膜式水冷壁的温度场,认为壁内金属任何一点与管内工质的温差与水冷壁向火侧的热流量成正比。文献针对某电厂超临界压力锅炉,使用数值方法模拟了各工况下膜式水冷壁的温度场,分析了背火侧的两个关键点温差与向火侧危险点温度之间的关系,得到拟合关系式,结构能够用于向火侧壁温的在线监测。
      上述的研究结果表明,基于有限元方法的数值模拟技术在水冷壁管温度场、热应力场的计算分析中是可靠的,能够适用于超临界锅炉水冷壁的热应力分析。但现有研究人多针对二维简化模型,而在三维模拟方面研究报道较少,仅有文献的研究者针对常规传热条件的水冷壁管温度场及热应力场开展了数值模拟研究,将水冷壁管的传热特性变化与水冷壁应力变化同时考虑的研究工作仍然未见报告。但是当前条件下,国内超超临界锅炉普遍处于滑压调峰运行状态下水冷壁内工质物性变化剧烈,使得水冷壁管内的工质的传热特性也发生剧烈变化,容易出现由于局部管壁传热恶化等原因引发的管壁温度飞升现象,对水冷壁的局部应力产生很人影响,对水冷壁管的安全造成严重威胁。研究将水冷壁内外的传热特性变化和管材的应力变化进行综合考虑,并将研究得到的应力变化结果作为分析水冷壁横向裂纹产生原因的重要组成部分。
      本研究针对某1000 MW超超临界机组锅炉垂直上升水冷壁,利用大型通用有限元AppABAQUS,通过建立三维有限元模型,计算得到了传热正常和传热恶化水冷壁管的温度及热应力场分布情况,并分析了传热恶化对该锅炉水冷壁管上横向裂纹的影响。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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