Page 85 - 理化检验-物理分册2022年第六期

单诗剑, 等: 锅炉水冷壁爆管原因

( 1 )炉膛内部高温烟气对水冷壁壁面的传热。 高, 因此其受到的应力大于许用应力。

发生爆管的是水冷壁管, 因为烟气流速较慢, 对壁面
的对流换热量不大, 主要以热辐射为主。有研究表
明: 水冷壁热辐射产生的换热量占总换热量的 95%
以上 [ 8 ] , 因此在模拟时只考虑壁面热辐射的影响, 换
热量主要取决于炉内烟气的温度。
( 2 )炉管内壁的热量传递方式为热传导, 其速

率与炉管材料的导热系数有关。

( 3 )水冷壁管壁内 部 工 质 的 传 热 情 况 较 为 复
杂, 受固体物堵塞的影响, 既有工质与管道、 工质与
堵塞物的对流换热, 也有堵塞物与内壁面的热传导,
同时堵塞物的具体形状和其在内壁中的堵塞情况也
不明确。
2.2 传热模型及边界条件
对外径为 50.8mm , 壁厚为 4.19mm 的管道及

其实际鳍片进行建模, 对堵塞异物进行等体积简化,
同时模拟爆管时异物卡住的情形。在炉管内壁与固
体堵塞物接触面处, 由于接触面积较小, 因此将堵塞
图 8 炉管稳态时的温度分布数值模拟结果
物与接触面的接触状况简化为点与面的接触, 管道
传热模型如图 7 所示。 3 综合分析
结合内壁产物成分分析与水质 p H 检测, 爆管
原因并非为给水品质不合格。 b 管向火面爆管处的
氧化皮脱落, 其他管壁表面较为光滑, b 管内壁产物
, 这
主要为 Fe 3O 4 , 其他管壁内壁产物主要为 Fe 2O 3
氧化层
是因为向火面局部高温导致致密的 Fe 2O 3
氧化层。
转化为疏松多孔的 Fe 3O 4
根据强度校核及数值模拟结果, 可推测爆管时

爆口附近向火面温度超过 550 ℃ , 综合推测爆管时

向火面温度为 550~730 ℃ 。
结合数值模拟可知: 异物存在于炉水循环管道
图 7 管道传热模型
中, 随着工质的流动, 在可能位置发生堵塞现象, 而
水冷壁的进口压力设置为13MPa , 进口温度设 堵塞造成炉水流通不畅, 管壁局部温度过高导致工

置为 292 ℃ , 出口为自由出口。流化床炉内温度低 作压力 超 过 550 ℃ 时, 对 应 温 度 下 的 许 用 应 力 为
于一般锅炉, 由温度检测系统可得, 底部床层温度为 12.7 MPa , 在压力及堵塞物的共同作用下, 炉管出

850~910 ℃ , 炉膛烟气出口处温度约为 880 ℃ , 因 现鼓包现象, 炉管管壁壁厚减薄, 管内体积增大, 异

此设定水冷壁及其鳍片的向火面一侧为受热壁面, 物脱离并滚落至下一个堵塞点, 循环这个过程, 直到

其热量来自于 880 ℃ 的热辐射。 炉管管壁承受不住压力发生爆管。
2.3 模拟结果
炉管稳态时的温度分布数值模拟结果如图 8 所 4 结论

示, 由图8 可知, 炉管向火面的温度为559~879℃ 。 ( 1 )爆管的化学成分和力学性能均符合标准要

当水冷 壁 温 度 为 550 ℃ 时, 其 对 应 的 许 用 应 力 为 求; 内壁产物的化学成分与水质检测记录表明爆管
[ 9 ]
12.7MPa , 小于水 冷壁的工作压力 13 MPa 。即 原因与给水品质无关。
在异物堵塞的局部范围内, 由于这部分壁面温度升 ( 下转第 74 页)
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