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节能
ENERGY CONSERVATION
2016年第10期（总第409期）
2953t/h超临界锅炉垂直水冷壁水动力特性研究
吴友佩，程鹏
总部风险工程管理部，广东深圳518048）
摘要：建立超临界锅炉垂直水冷壁水动力特性计算模型，首先按出口工质温度相等的原则计算节流补偿压降，再以给定热的负荷以及节流方式进行了流量分配和压降特性校核计算，并研究了2953/h超临界锅炉垂直水冷壁水动力特性。研究结果表明：以50%锅炉最大连续出力工况为基准来设计水冷墅入口节流压降是合理的，该方法可以使各负荷下的回露特性均趋于理想回路特性，能够获得较均匀的出口工质温度分布，热力偏差小并能够维持合透的水冷墅金属温度。水冷壁总压降的变化趋势与锅炉负荷变化相符。对于弱受热圆路，重位压降所占总压降比例大于摩擦压降，因而弱受热具有自然循环特性；对于强受热回路，重位压降所占总压降比例小于摩察压降，因而强受热国路具有直流特性。 100%BMCR工况下，最高金属壁温为497℃，低于管材规定的580℃，固此锅炉机组的运行安全性可以得到保证。
关键调：超临界锅炉；垂直水冷墅；水动力；流量分配；温度分布
中图分类号：TK124文献标识码：A文章编号：1004-7948(2016)10-0028-06 doi;103969/j. issn. 1004 7948. 2016. 10. 006
引言
锅炉水动力特性即指水冷壁管内工质流量与
阻力在一定锅炉运行工况下的依变关系）。锅炉的运行过程中需要具备正常的水动力特性，以确保锅炉受热面管内工质流动稳定和传热安全。鉴于锅炉水冷壁中传热及阻力特性的重要性，国内外诺多学者对各类锅炉用管的传热和流动特性开展了广泛的理论[2-3]、实验[4-5]和数值[6-7]研究，并得到了大量传热、阻力系数以及临界热流密度的经验计算公式。锅炉水冷壁水动力学特性的研究，则是基于这些公式的应用而开展的。
锅炉水动力研究的常用方法为图解法，通过对锅炉汽水系统进行分解，根据不同部件划分回路进行计算。然后这种方法实施过程复杂，计算误差大，且难以通过计算机进行计算，因而效率低下。为了便于大型锅炉，尤其是超临界锅炉这类具有复杂循环的锅炉系统进行水动力学分析，世界上各主要锅炉生产商都基于不同的计算方法开发出了不同的软件包。但是出于知识产权和利益的保护，大多数的计算方法并未公开发表，因而可供参考的文献数量很少。董梵(*)、徐艳英("基于流体力学原
万方数据
理建立了回路分析法解决自然循环锅炉水动力分析，谢金芳[10]基于管网计算理论建立锅炉水动力计算方法。Adam["]等基于2种非线性模型的结合提出了一种自然循环水管锅炉的水动力特性计算方法。2种非线性模型中，一种用于模拟垂直管中的蒸发过程，另一种则用于模拟汽包中的相分离过程。Kiml12]等利用基本的质量、动量及能量定律，结合本构方程开发了一套适用于汽包锅炉的水动力计算方法。TucakovicB]等提出了-套适用于直流和自然循环系统的方法论。该方法可以预测均匀及变负荷工况下内螺纹管水冷壁的热安全界限。潘杰[14-15]等针对不同结构的超临界锅炉，基于质量、动量及能量方程，提出了计算水冷壁内质量分配及管壁金属温度的方法。与传统的图解法相比，该方法的精度更高，且适用于较为复杂的循环系统。
对不同循环方式的锅炉，水动力计算的目的和安全问题侧重不同。文中针对国产2953t/h超临界直流锅炉内螺纹管垂直水冷壁，采用Chebyshev 多项式拟合法建立了水动力计算模型。在锅炉运行工况下进行了水动力特性分析，重点讨论质量流量，水冷壁出口工质温度，压降以及受热面金属壁