火力发电厂膜式壁管屏断续鳍片与连续鳍片结构热应力计算比较分析.pdf

第 4 6卷第 3期 2 0 1 5年 5月 锅 炉 技术 B0I LER TECHN0L0GY Vo L 4 6 ，No ． 3 M a y． ，2 0 1 5 火 力发 电厂膜式壁管屏 断续鳍 片与连 续鳍片 结构热应 力计算 比较分 析 郭建 明，姜小哲 哈尔滨锅炉厂有 限责任公 司，黑龙江哈尔滨1 5 0 0 4 6 摘要 火力发 电厂膜式管屏 间断续鳍片 和连续鳍 片是较 常用 的结 构 。采用 数值模 拟方法 ， 分析 了膜式 管 屏间断续鳍片和连续鳍片结构的热应力分布情况 ， 对计算 结果进 行 了比较分析 ， 得知 断续鳍 片可 面试 降低 受 热面的热应力 ， 并作为在某些特殊部位使用断续鳍片 的理论依 据。 关键词 数值模拟 ；断续鳍片 ；连续鳍片 ；热应力 ；温度场 中 图 分 类 号 TK2 2 3 ． 3 文献 标 识 码 A 文 章 编 号 1 6 7 2 4 7 6 3 2 0 1 5 0 3 0 0 1 9 0 3 0 前 言 大 型 电站 锅 炉 的许 多受 热 面管 需 从 锅 炉 炉 内穿过顶 棚 水冷 壁 与集 箱相 连 ， 为 了使 穿墙 处 的受热 面结 构能够 实现 ， 该 处膜 式 壁 的 节 距需 要 局部加大， 连接鳍片也要相应加宽。由于膜式壁 炉膛 区域 内为高 温烟气 ， 膜式 壁 内受 烟气 辐射 热 L l 导致 炉膛 内外 的 温差 非 常 大 ， 连 接 鳍 片变 宽 后 与其相 连管 内介 质 的冷却 效 果 变差 ， 管 子 和鳍 片 间温差 变 大 ， 温 差 引起 的 热应 力 处 于较 高 的水 平 。如果 此 处 结 构 布 置 不 合 理 ， 将 会 导 致 鳍 片 、 焊 缝与管 子 间产 生裂 纹 ， 影 响 锅 炉 的安 全 运 行 。 为 了避免 这种 事故 的发 生 ， 在 设 计 中我们 一般 采 用 把宽鳍 片变 成 断续 鳍 片 如 图 1所 示 的方 法 ， 来降低结构热应力 ， 保证锅炉的安全运行 。 。 ‘ ‘ J 、 I 6 J l 1 5 5 4 5 6 8 0 1 4 5 1 5 5 l l j 【4 8 5 】 I l _ 1 I 】 I { 一 J I TI I I I I L L 一瑟 j l I I l r T I H l} n 【 l 1 80 0 l [ 8 8 5 ] 图 1 断续鳍片结构 图 本 文 采 用 一 个 计算 实 例对 断续 鳍 片 和 连 续 鳍 片 2种结 构 的 温度 场 和 热应 力 进 行 了计 算 和 比较 ， 计算 采用 AN S YS软件 进行 。 1 计算条件和参数 膜式壁管子规格为 6 3 mm7 mm， 鳍片厚 度为 6 mm， 两 者 材 料 均 为 1 5 C r Mo ， 抗 氧 化 温 度 为 5 5 0℃ ， 其主要 物 理参数 见 表 1 ， 宽鳍 片 节距 为 1 2 7 mm， 管 内介 质温 度为 3 6 2℃ 。在运 行过 程 中 膜式壁 管 炉 膛 内侧 受 到 炉 内 高 温 烟气 的 强 烈 热 辐射 ， 外侧 则 涂 以绝 热 材 料 ， 内侧 高 温 烟 气 温 度 取 为 1 2 0 0℃ 。 表 1 1 5 Cr Mo材 料物 理参 数 2有 限元 模 型 的 建 立 为 了对 宽 节 距 的断 续 鳍 片 和 连 续 鳍 片 进 行 计算对 比， 把断续鳍片和连续鳍片放在一个模型 中 ， 建 立如 图 2所 示 的有 限元 模 型 ， 模 型 总 长 取 5 0 0 mm， 建 模 选 用 S OL I D9 0热 单 元 和 S OL 一 收 稿 日期 2 0 1 4 1 0 1 4 作者简介 郭建明 1 9 6 7一 ， 男 ， 高级工程师 ， 主要从事 电站锅炉设计工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 王 刚， 等 降低超临界 w 火焰直流锅炉水冷壁温差措施 的探讨 2 5 负荷 工况 变 化 时 系 统 自补 偿 特 性 不 能 很 好 的满 足热 负荷 剧 烈 变 化 的要 求 ， 出 口端 最 大 温 差 过 大 ， 常会 引起 水冷 壁 事 故停 炉 。本 文 认 为 可 以从 2 种 方 式 上 分 别 逐 步 解 决 水 冷 壁 温 差 过 大 的 问题 。 1 十分必 要 并 且充 分 地 对 燃 烧 、 制 粉 系统 进 行热态 调平 试验 ， 降低 燃烧 不 均 匀 对 炉膛 水 冷 壁热负荷 的影响， 从而降低水冷壁 的出 口温差 ， 文 中所示 调整 后 的数据 支撑 了这个 观点 。 2 调整水冷系统 中间混合集箱 ， 加装混合 装置 ， 从计算上对 比， 加装前后可 降低 水冷壁 出 口温差。混合系统结构 ， 降低出口温差 。 参 考文献 [ 1 ]王 富文．优化 内螺纹管在低质量流速直流锅炉设计中的应用 F J ] ．中国电力 ， 2 0 0 3 ， 3 6 1 2 1 7 2 O ． [ 2 ]上海发电设 备成套设 计研究 所．电站 锅炉水 动力计算 方法 [ R] ．上海 上海发 电设备成套设计研究所， 1 9 8 4 ． Di s c u s s i o n o n M e a s u r e s f o r R e d u ci n g W at er w al I Te mp e r a t ur e Di f f e r e n c e o f S u p e r c r i t i c a l Ar c h F i r e d Boi l e r W ANG Ga n g， CAI Hon g Sh a ng ha i Bo i l e r W or ks ，Co．，Lt d ．，Sha n gha i 2 00 24 5，Chi na Abs t r ac t The d e s i gn o f v e r t i c a l t ub e wi t h l ow ma s s ve l oc i t y i s a d op t e d i n d o m e s t i c s u pe r c r i t i c a l a r c h f i r e d o n c e t hr o u gh b oi l e r s ．The t e mpe r a t u r e di f f e r e nc e o f wa t e r wa l l i s l a r g e f o r s u p e r c r i t i c a l a r c h f i r e d o n c e t h r o u g h b o i l e r i n o p e r a t i o n o f h i g h o r l o w l o a d ，a n d i t ma d e t he b o i l e r s a f e t y wor s e ．I n t hi s p a p e r ，t he pr o bl e m of l a r ge wa t e r wa l l t e mpe r a t ur e d i f f e r e n c e du r i ng o p e r a t i on i s a n a l y z e d， a nd me a s ur e s f or op e r a t i o n a n d de s i g n i m p r ov e me n t a r e f or wa r d e d ． Ke y w or d s s u pe r c r i t i c a l ； a r c h f i r e d o nc e t hr ou g h b o i l e r ；l o w m a s s v e l o c i t y； wa t e r wa l l 上 接 第 2 2页 St r es s An a l ys i s Bet w e e n Con t i n u o u s F i n a n d Di s c o nt i n u o us F i n o f M e mb r a n e W a l l i n Co al F I r e d P o w e r Pl a n t GUO J i a n mi n g， J I ANG Xi a o z h e Ha r b i n B o i l e r Co ．，Lt d ．，Ha r b i n 1 5 0 0 4 6 ，Ch i n a Ab s t r a ct The di s c o nt i nu ou s f i n a n d c on t i nu ou s f i n be t we e n me m b r a ne wa l 1 i S t he m o r e c o mm o n s t r u c t u r e i n t he r m a l po we r p l a nt ． The t he r ma l s t r e s s d i s t r i bu t i o n o f c o nt i nuo us f i n a nd d i s c o nt i nu ou s f i n a r e c a l c u l a t e d b y CFD， a c c o r d i ng t o t he c a l c u l a t i o n，we c a n ge t t h e r e s u l t t ha t d i s c o nt i n uo us f i n’ S t he r ma l s t r e s s i S l o we r t h a nn c o nt i nuo us f i n’ S ，whi c h i S t he t he or e t i c a l b a s i s f o r u s i ng d i s c o nt i n uo us f i n． K e y wor ds CFD；di s c o nt i nu ou s f i n； c o nt i nuo us f i n；t h e r m a 1 s t r e s s ；t e mpe r a t ur e dj s t r i b ut i on 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m