锅炉水冷壁管壁温影响因素及超温行为研究

• 作 者: 汤鹏杰
• 机 构: 南京工业大学
• 出 处: 南京工业大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 火力发电厂 锅炉设备 水冷壁管 超温行为

锅炉是工业生产中生产蒸汽或热水的热工设备之一。在火力发电中，锅炉占有非常重要的地位。火电机组的非计划停机大部分由锅炉事故引起，在锅炉事故中，炉管的失效问题一直是导致机组被迫停机的主要原因，水冷壁管作为锅炉炉膛主要受热面外壁直接受到高温烟气辐射（超过1000℃），管内流动着高温高压的水或汽水混合物(超过10MPa)，所以超温成为水冷壁管失效的主要原因。目前关于水冷壁管超温爆管失效案例大多都集中在分析原因，而对超温程度分析尚未见相关报道。因此，为研究水冷壁管20G在超温下材料性能及微观组织变化，同时也为超温失效建立较准确的判定方法，进行了一系列模拟计算和试验分析。　　本文的主要研究内容和结论如下:　　(1)利用Fluent软件分析不同流量、压力、烟气温度、垢层厚度和锅炉水温度对水冷壁管壁温的影响。结果表明:管壁温度对烟气温度、锅炉水流量、垢层厚度比压力和水温要敏感。　　(2)通过高温拉伸实验研究20G在超温下的力学性能。实验表明:随着温度升高，抗拉强度和屈服强度均呈线性下降，且抗拉强度变化率要大于其屈服强度变化率。超过使用温度上限480℃以后，这种劣势更明显。同时，材料屈强比和延伸率随温度变化的幅度也较大。　　(3)通过不同温度下的蠕变实验来模拟管子实际超温，研究20G超温蠕变性能及持久寿命，并对断口金相组织进行分析。实验表明:550℃的蠕变曲线第二阶段特征不明显，总体变化比较平缓，持久寿命在754h以上，从600℃开始至855℃，不存在恒速率阶段，直接进入加速阶段，直至断裂，随温度递增其持久寿命呈指数形式下降。对断口组织分析发现，在AC1温度以下，材料损伤以珠光体球化为主要特征，温度越高特征越明显。温度超过AC1时，温度越高，奥氏体化程度越完全则转变的珠光体数量越多。　　(4)通过对比蠕变试样和无应力试样的微观组织，发现工作应力对珠光体球化具有加速作用。　　(5)以某热电厂锅炉水冷壁管鼓包为例，应用本文建立的方法进行分析，结果表明论文建立的分析方法对分析水冷壁管超温是可行的。