超临界锅炉水冷壁受高温腐蚀与磨损耦合作用特性分析

发布时间：2020-07-30 22:10

【摘要】：超(超)临界锅炉因其参数较高,具有效率高等显著优点,但高参数导致高壁温,壁温过高将导致高温腐蚀,如果壁面存在颗粒冲击造成冲蚀磨损,二者形成耦合作用,会产生更大的危害。影响壁面耦合过程的因素包括壁温、壁面H_2S浓度、煤灰颗粒冲击量及冲击速度等。本文使用AnsysFluent软件对660MW超临界锅炉的燃烧过程进行了数值模拟,利用Fluent的编程功能计算得到各区段水冷壁内壁的平均壁温,并将计算得到的平均壁温赋给壁面参与迭代,同时比较得出壁面所有网格的最高温度;利用Fluent的冲蚀磨损模型得出燃烧器区域壁面的颗粒质量冲击量(kg/(m~2·s),借助Fluent软件的sample功能结合excel进行点数据处理,得到了冲击燃烧器区壁面的颗粒最高速度及颗粒速度值的分布情况。结果显示,内壁平均温度最高及网格温度最高的区段均在SOFA上部区域,二者均可达到698K,壁面硫化氢的质量分数最高可达到0.24%;各墙壁面上燃烧器喷口对侧区域的最大值为6kg/(m~2·s);冲击燃烧器区壁面的颗粒最高速度可超过30m/s,但其占比不足冲击总颗粒量的0.3%,20-25m/s的冲击颗粒占比约10%,颗粒速度的主体为5-20m/s。在后墙壁面的上组燃烧器区及右侧墙壁面的下组燃烧器位置,存在高硫化氢浓度、高颗粒质量冲击量、高颗粒冲击速度的耦合侵蚀区域。用模拟结果指导高温腐蚀与磨损的耦合实验。设置质量分数0.2%H_2S+99.8%N_2腐蚀气氛,给入煤灰颗粒后冲击加热罐内的水冷壁管材15CrMoG与SA-213T12,煤灰颗粒冲击量为1.8 kg/(m~2·s),颗粒冲击角度分别为30°、60°及90°,冲击速度分别为15m/s及35m/s,加热温度分别为335℃、435℃及535℃,测量试样的表面深度,并对试样进行电镜观察、EDS能谱分析及XRD衍射分析。结果发现,60°与90°的颗粒冲击产生的耦合侵蚀效果是接近的,30°冲击的侵蚀效果最弱,30°及60°冲击下耦合区域会出现偏移,故90°冲击更适合耦合特性的研究;15m/s冲击与35m/s冲击可达到相同的耦合侵蚀效果,二者对耦合作用的促进作用是同等的,EDS能谱分析表明15CrMoG的腐蚀产物抗冲蚀能力强于SA-213T12;335℃及435℃下,15CrMoG与SA-213T12的抗耦合侵蚀能力相当,在535℃下,15CrMoG抗耦合能力优于SA-213T12,而前者更廉价,因此推荐15CrMoG做水冷壁材料;耦合侵蚀特性的改变,是由于高温腐蚀特性的改变,故应该从抵抗高温腐蚀的角度来抵抗耦合侵蚀。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621.2
【图文】：

- 1 -图 1-1 2017 年我国各类能源消费量比重[2]超超临界技术能够提高蒸汽的压力和温度参数，进而已有超过百台的 600℃级超超临界发电机组投入性和较高的经济性[4]。超临界技术特性优异，欧美等超临界电站技术的计划（欧洲的 AD700 计划，的 A-USC）[5-7]。的煤质多变，燃用低品质煤易导致锅炉炉内受热面用寿命大幅降低，产生巨大的经济损失。高温腐蚀因之一。锅炉运行过程中，由于燃煤中硫及其它有冷壁构成腐蚀。这种高温腐蚀现象在各燃煤锅炉中亚临界锅炉，超临界锅炉的一个明显特点在于水冷态，因此超临界锅炉水冷壁的壁温沿高度方向发生

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 2 章 数值模拟对象及模型方 660MW 超临界锅炉，锅炉为单炉膛，Π型823 米、19.0823 米、68.5 米，基本尺寸见至水平烟道，关注的核心区域为冷灰斗至折

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文器采用四墙切圆燃烧方式，分为上下两组，其水平布置图见燃烧器采用四角切圆布置，共四层，其水平结构见图 2-2(b)。布如图 2-2(c)所示。

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