论文摘要
过热器是蒸汽锅炉重要部件之一,其内部是高温高压的蒸汽,外部受到高温烟气的冲刷,工作环境十分恶劣。因而受设计、制造、运行等诸多方面因素的影响,过热器受热面经常发生超温爆管等事故。因而过热器管壁温度的准确计算对于锅炉设计与运行具有极为重要的意义。本文以某船用锅炉过热器为研究对象,在原有模型的基础上,应用合理的原则对其简化,使模拟结果能够反映出实际过热器的工作特点。应用GAMBIT专业软件建立包括过热器内部蒸汽、外部烟气及管壁的整体简化三维几何模型,并使用FLUENT软件进行了数值模拟。对计算模型进行了三种工况下的数值模拟,得出了蒸汽压力、流量、温度、焓值,热负荷和管壁温度等值随负荷变化的分布规律。分析结果表明:1.由于Z型过热器的结构特点及吸热的不均匀性,第一流程沿集箱蒸汽流动方向,管内蒸汽质量流量整体逐渐增加,但处于烟气走廊处的管子由于热效流效应大而使其流量有较明显的减小。第二流程占据烟道宽度的大半,其蒸汽流量分配呈中间低、两侧高的分布趋势。2.过热器中间横向隔板两侧的静压差大,工作环境恶劣,在负荷变化时,容易发生坍塌危险。3.过热器各流程内,蒸汽温度和焓值呈靠近烟道中间高而靠近侧面低的趋势。第二流程蒸汽温度和焓值分布有较大的不均匀性,且由于其本身温度和焓值又较高,因而易造成不良后果。4.由于烟温、烟速沿烟道宽度呈中间高两侧低的分布规律,使得对于与烟气流动方向垂直排布的任一排管束,其热负荷整体分布都呈中间高、两侧低的分布趋势。沿烟气流动方向热负荷呈前高后低分布。5.由于热负荷及流量分配的不均匀性,过热器第1排处于烟道中间位置编号12的管子的壁温最高,使其成为过热器最危险的管子。而100%负荷是三个工况中最危险的。数值模拟结果对船用锅炉过热器的优化设计与事故诊断具有一定的参考价值,同时此种数值模拟方法可以节省大量的人力物力,其在锅炉设计及安全运行中将会得到广泛的应用。