    大型鍋爐過(guò)熱器爆管是造成機(jī)組強(qiáng)迫停機(jī)的重要因素之一，而大多數(shù)的爆管都是由管壁超溫引起的。因此，為了準(zhǔn)確了解鍋爐屏式過(guò)熱器（屏過(guò)）的壁溫分布情況，在大別山電廠超臨界600MW機(jī)組鍋爐屏式過(guò)熱器上進(jìn)行了爐內(nèi)外壁溫測(cè)試，實(shí)時(shí)采集了爐內(nèi)壁溫及爐外壁溫的變化數(shù)據(jù)，找出了屏式過(guò)熱器爐內(nèi)外壁溫的關(guān)系，并用Z小二乘法擬合出二者的關(guān)聯(lián)模型，并進(jìn)行了三維壁溫分布計(jì)算分析。利用所擬合的屏式過(guò)熱器爐內(nèi)外壁溫的關(guān)聯(lián)模型及爐外可長(zhǎng)久保留的測(cè)點(diǎn)測(cè)量出的溫度t0，可以預(yù)測(cè)發(fā)生超溫管段的爐內(nèi)溫度。此外，利用該模型還可驗(yàn)證屏式過(guò)熱器三維管壁溫度計(jì)算程序結(jié)果的可靠性。
    伴隨著鍋爐蒸汽參數(shù)提高及容量增大，過(guò)熱器和再熱器系統(tǒng)成為大容量鍋爐本體設(shè)計(jì)中*的受熱面，這兩部分受熱面內(nèi)工質(zhì)的壓力和溫度都很高，且大多布置在煙溫較高的區(qū)域，受熱面溫度接近管材的極限允許溫度。鍋爐容量的日益增大，使過(guò)熱器和再熱器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布置更趨復(fù)雜。在爐膛出口以及各高溫受熱面進(jìn)口截面上，煙氣速度及煙溫的分布偏差越來(lái)越大，使與過(guò)熱器并列屏片和同屏的各個(gè)并列管間的吸熱偏差及管壁所承受的壁溫差也越來(lái)越大。由于蒸汽流經(jīng)管內(nèi)溫度不斷升高，而管外的煙氣溫度沿?zé)煹罊M截面分布不均，且沿?zé)煔饬飨蛟诓粩鄠鳠?，因而管?nèi)各處溫度都有不同，使得有的管段溫度高于整個(gè)管內(nèi)的平均溫度，這也是高溫受熱面管過(guò)熱或爆管的主要原因。
    要進(jìn)行大型鍋爐高溫受熱面管壁的監(jiān)測(cè)和壽命預(yù)測(cè)，必需獲得管子各處的溫度分布。在現(xiàn)有測(cè)試條件下，還無(wú)法對(duì)高溫受熱面爐內(nèi)壁溫進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，只能通過(guò)測(cè)定爐外壁溫去推定爐內(nèi)壁溫。為此，需要進(jìn)行鍋爐過(guò)熱器內(nèi)外壁溫對(duì)比試驗(yàn)，并利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行屏過(guò)的壁溫計(jì)算。
    一、試驗(yàn)方案
爐內(nèi)壁溫測(cè)量及爐內(nèi)外壁溫對(duì)比試驗(yàn)需要選定過(guò)熱器不同管排及內(nèi)外圈管子，在其上面安裝爐內(nèi)壁溫測(cè)點(diǎn)，在各種典型工況下進(jìn)行爐內(nèi)壁溫測(cè)量及爐內(nèi)外壁溫對(duì)比試驗(yàn)，得到爐內(nèi)管壁溫度分布。
    大別山電廠超臨界600MW機(jī)組HG-1970/25.4-YM4型鍋爐為一次中間再熱、變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵起動(dòng)系統(tǒng)，鍋爐的前后墻布置了30只低NO 2，軸向旋流燃燒器（LNASB），采用對(duì)沖燃燒方式，配中速磨煤機(jī)正壓直吹制粉系統(tǒng)。
    屏過(guò)位于爐膛上前部，標(biāo)高50.55m至爐膛頂部，有30組管屏，每片管屏28根管子。
    屏過(guò)系統(tǒng)內(nèi)布置有爐外壁溫測(cè)點(diǎn)30個(gè)，主要用于測(cè)量及監(jiān)視鍋爐過(guò)熱器各級(jí)受熱面出口工質(zhì)的溫度及主蒸汽溫度。在屏過(guò)布置爐內(nèi)壁溫測(cè)點(diǎn)3個(gè)，分別位于左起第2片屏第1根、第8片屏第3根、第13片屏第1根管子的標(biāo)高58m處。采用愷裝型熱電偶測(cè)量爐內(nèi)壁溫。
    新安裝的爐內(nèi)壁溫測(cè)點(diǎn)接入電廠MIS的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為2min。
    二、試驗(yàn)結(jié)果與分析
    （1）屏過(guò)受爐膛火焰直接輻射，在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行工況下，測(cè)得屏過(guò)區(qū)域爐內(nèi)管壁溫度在620～740℃ 范圍內(nèi)變化，爐外管壁溫度在500～540℃ 范圍內(nèi)變化（圖1），從爐內(nèi)外測(cè)點(diǎn)測(cè)試結(jié)果可知，屏過(guò)爐內(nèi)測(cè)點(diǎn)溫度變化均比爐外溫度變化劇烈。

    （2）屏過(guò)區(qū)域爐內(nèi)標(biāo)高58m處左起第8排爐內(nèi)管壁溫度Z高（圖1），表明爐膛上部及爐膛出口處存在一定程度的煙氣殘余旋轉(zhuǎn)。
    （3）測(cè)得爐內(nèi)溫度高于爐外溫度100～200℃，其中以屏過(guò)第8屏的爐內(nèi)外溫差Z大（圖2）。

    （4）機(jī)組負(fù)荷在400MW 以下時(shí)一般投運(yùn)下層燃燒器，燃燒火焰中心較低，過(guò)熱器爐內(nèi)管壁溫度相應(yīng)也較低，一般在600℃以下；機(jī)組負(fù)荷在400MW以上時(shí)，屏過(guò)爐內(nèi)管壁溫度會(huì)上升至600℃以上。屏過(guò)爐內(nèi)外的管壁溫度均隨負(fù)荷的變化而變化，并在一定條件下呈正比的關(guān)系。但是，在機(jī)組起動(dòng)調(diào)整過(guò)程中的某些工況下，屏過(guò)的溫度波動(dòng)幅度比較大，有時(shí)甚至超過(guò)滿負(fù)荷時(shí)過(guò)熱器所達(dá)到的爐內(nèi)Z高壁溫，這與機(jī)組負(fù)荷的波動(dòng)幅度較大、風(fēng)量過(guò)小以及工質(zhì)流量過(guò)小有關(guān)。
    三、爐內(nèi)外壁溫的關(guān)聯(lián)模型
    按俄羅斯鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，各管段的計(jì)算壁溫按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：t為計(jì)算截面中部件的介質(zhì)溫度，℃ ；β為管子外徑與內(nèi)徑之比，按鍋爐管實(shí)際結(jié)構(gòu)確定；μ為熱量分流系數(shù)，按1998年熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)8～19節(jié)選??；q₀為計(jì)算截面處管段單位面積吸熱流量，kW/㎡；δ為管壁壁
厚，按鍋爐管實(shí)際結(jié)構(gòu)確定，m；λ_M 為金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)，各種材料的λ_M隨溫度的變化按久λ_M=A（t_cT－t）＋B考慮，式中A、B為系數(shù)，t₀為計(jì)算的原始溫度，℃；α2為管子內(nèi)壁對(duì)工質(zhì)的放熱系數(shù)，kw/（㎡·℃）。
    對(duì)于過(guò)熱器某確定的管段，該處的工質(zhì)溫度應(yīng)是該段過(guò)熱器管壁的中間溫度，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中其無(wú)法通過(guò)試驗(yàn)得到，能夠測(cè)量到的是該段出口處工質(zhì)的溫度閣。對(duì)過(guò)熱器某段確定的管子的爐內(nèi)溫度，可根據(jù)過(guò)熱器爐內(nèi)外壁溫?cái)?shù)據(jù)，建立出爐內(nèi)外壁溫的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)模型。
    采取Z小二乘法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，設(shè)其擬合曲線為S（χ），則誤差平方和：

    本文選定屏過(guò)爐內(nèi)溫度Z高的左起第8片屏作為擬合關(guān)聯(lián)模型的對(duì)象，通過(guò)對(duì)屏過(guò)爐內(nèi)外溫差數(shù)據(jù)與機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)（實(shí)際負(fù)荷、水煤比、主蒸汽溫度）試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，擬合得到屏過(guò)爐內(nèi)外壁溫關(guān)聯(lián)模型：
                   △t=0.0154W十9.0704θ十0.391t_M一100.93              （3）
式中：△t為末級(jí)過(guò)熱器爐內(nèi)外溫差，℃；W為機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷，MW；θ為機(jī)組的水煤比；t_M為機(jī)組的主蒸汽溫度，℃。
    利用屏過(guò)爐內(nèi)外壁溫關(guān)系式，由爐外壁溫推導(dǎo)出的爐內(nèi)壁溫值與試驗(yàn)測(cè)試值Z大誤差小于士6℃ 。
    四、屏過(guò)的三維壁溫計(jì)算
    擬合出的超臨界600MW機(jī)組直流鍋爐屏過(guò)爐內(nèi)壁溫計(jì)算公式，對(duì)于編制其三維管壁溫度計(jì)算程序有模型參照作用，能夠提高三維管壁溫度計(jì)算程序的準(zhǔn)確性。
    鍋爐屏過(guò)的三維管壁溫度計(jì)算需要逐級(jí)、逐根、逐點(diǎn)地進(jìn)行，借助 MATLAB數(shù)學(xué)軟件采用MATLAB7.0編制了鍋爐屏過(guò)三維壁溫計(jì)算程序，其中包括運(yùn)算主程序、運(yùn)算子程序、數(shù)據(jù)庫(kù)3部分。
    在程序計(jì)算中考慮到各管段位置不同造成的管段受熱條件的差異，從熱偏差的理論以及三維模型的角度考慮了煙氣的輻射和對(duì)流情況。在流量、受熱條件、煙溫分布、煙速分布和管段吸熱量不同的情況下，以微元段為單位進(jìn)行熱力計(jì)算。
    按照鍋爐實(shí)際運(yùn)行工況要求，對(duì)屏過(guò)進(jìn)行1-BM-CR、2-TRL和3-50%BMCR（滑壓）3種工況下的壁溫計(jì)算，得到不同工況下屏過(guò)的壁溫分布。選取了具有代表性的第2、8、13片屏，繪制出壁溫分布圖，具體溫度分布見(jiàn)圖3～圖5。


    計(jì)算結(jié)果和測(cè)量結(jié)果比較見(jiàn)表1。當(dāng)有部分測(cè)點(diǎn)溫度誤差較大時(shí)，調(diào)節(jié)初始上爐膛區(qū)的煙氣溫度場(chǎng)系數(shù)，直到Z后計(jì)算所得溫度與實(shí)際測(cè)量的溫度誤差在容許范圍內(nèi)。

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600MW機(jī)組鍋爐屏式過(guò)熱器壁溫測(cè)試及三維計(jì)算

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