超临界锅炉运行对受热面安全性影响的研究

发布时间：2020-11-02 04:43

　　 随着电力工业的快速发展,目前超(超)临界机组已逐步成为电网调峰的主力机组,同时也会给锅炉受热面带了一些安全问题,尤其是锅炉工质被加热到了最高温度的高温受热面。其主要原因是受锅炉设计及运行导致的各种热偏差影响,使得受热面部分管段可能产生超温问题;同时,由于运行参数更高,在提高蒸汽温度的同时也会加速管内高温氧化过程,形成导热系数较低的氧化膜,会使得管内蒸汽冷却速度下降导致超温;此外,锅炉频繁进行变负荷运行,可能会使得锅炉各个调节配合系统不协调,导致受热面管道超温。因此,研究现有超(超)临界锅炉机组运行对受热面安全性的影响,对保证机组安全、可靠运行以及先进700℃超超临界机组的设计有着重要的理论意义。本文基于控制容积法建立了考虑管内氧化的变工况条件下锅炉受热面瞬态壁温模型,以工质温度最高的高温过热器为研究对象,分析负荷变动时过热器的非稳态管壁温度场变化规律。在施加温度、流量、氧化皮等不同边界条件。下计算了过热器的壁温分布,得到了沿蒸汽流程方向单根过热器管的管壁温度分布规律,并研究了各边界条件对过热器管壁温度的影响关系。开展了奥氏体钢HR3C和镍基合金282在600-700℃、25MPa无氧超临界水环境下的氧化试验,流速为0-5ml/min。获得了两种700℃机组候选材料(奥氏体钢HR3C和镍基合金Haynes 282)在不同温度下的氧化动力学曲线,并利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪等检测手段分析了氧化膜的微观形貌以及主要的氧化物相成分。通过分析发现,在本试验环境下Fe离子沿着尖晶石层向外扩散是HR3C氧化速率的主要控制因素,而Haynes 282的氧化过程可能是受到铬离子向外扩散的控制。同时,温度的变化会影响两种材料的氧化动力学。随着温度升高,氧化速率都随之增大。在600℃时,HR3C试样的氧化动力学遵循抛物线规律,而在650℃和700℃时遵循立方规律;Haynes 282在600℃时同样遵循抛物线规律,而在650℃和700℃时的氧化动力学介于抛物线规律和直线规律之间。对三种变工况情况下的不同空间位置管屏的过热器管进行了温度场计算,得到了相应时刻表盘工况运行参数下的各个管子的温度变化规律。研究表明:管壁温度最高的时刻并不一定发生在负荷最高的时刻,在较低负荷工况时依然会发生超温情况。研究了氧化膜随时间变化对管壁温度分布的影响规律,并综合其他影响因素进行了分析。发现蒸汽流量对管壁温度分布的影响最大,其次是氧化膜厚度和蒸汽温度,最后是烟气温度。基于灰色关联对影响过热器管壁温度的因素进行了分析,选取阈值超过0.7的14种因素作为输入量,利用神经网络对三种不同负荷条件下过热器管道温度变化进行了预测,预测结果最大相对误差为1.42%,能够对超温预警起到良好的指导作用。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM621.2
【部分图文】：

第１章绪论??第１章绪论??１．１选题背景及其意义??随着中国经济的快速增长，对于电力的需求日益增加，促进了我国电力工速发展。根据国家统计局公布的数据１Ｕ］，２００７－２０１６年全国发电装机容量和火机容量呈逐年稳步递增趋势，图１－１所示。截止２０１７年底，全国发电装机容为丨７．７７亿千瓦，比２０１６年末增长７．６°／。；其中，火电装机容量约为１１．０６亿千增长４．３％。由此可见，火电机组仍占据我国电力系统的基础性地位。??

图１－３研宄技术路线图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｒｏｕｔｉｎｅ?ｏｆ?ｓｔｕｄｙ??

第２章锅炉受热面壁温安全性研究的理论基础??２．１受热面单管温度场机理模型建立??图２－１所示为超（超）临界机组锅炉高温受热面布置示意图，屏式过热器在炉??膛出口处布置，高温过热器布置在炉膛折焰角上方，而高温再热器位于水平烟道入??口处。锅炉爆管通常发生在高温受热面上，尤其是高温过热器和高温再热器，分别??代表着过热器系统和再热器系统工质中的最高温度。??ｔｅａ?洱織％娜．！王?ａｍｕ??級也秘疮＇?、１、?，??－＾?‘、？Ａ?嫩??ｆｆｆｍｆ，??籲，—－集箱??ＴＳ＊?入口蒸汽溫皮??＾?出口蒸汽溫度??、４，一’?、、＇、??图２－１超（超）临界机组锅炉高温受热面布置示意图??Ｆｉｇ．?２－１?Ｈｅａｔ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ?ｄｉａｇｒａｍ?ｉｎ?ｕｔｉｌｉｔｙ?ｂｏｉｌｅｒ??超（超）临界机组锅炉过热器、再热器都是由多片管屏组成，每片屏是由多根??蛇形管并绕而成
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本文编号：2866586