某型号锅炉末级过热器高温腐蚀数值模拟分析2.pdf

《安全》2010年第9期安全科学技术

某型号锅炉末级过热器高温
腐蚀数值模拟分析＊

肖琨1王强1刘富君2

1.中国计量学院质量与安全工程学院2.浙江省特种设备检验研究院

【摘要】本文从流体力学与换热角度出发，基于CFD软件FLUENT对某电站锅炉末级过热器的管道进行数值模

拟，以得到锅炉末级过热器管道的实际壁温与管道周围的流场特征。为进一步得到管道在高温腐蚀下的寿命提供理论

指导，为研究换热器的温差变形及其热应力，评估热应力的危害性提供了保证。

【关键词】锅炉；末级过热器；高温腐蚀；数值模拟

电站锅炉的过热器作为锅炉换热的重要设备之
一，担任着向汽轮机提供额定压力和额定温度的过
热蒸汽的重要任务。研究过热器的腐蚀机理，预测过(1)
热器使用寿命，确保过热器安全、稳定运行对整个机
组的安全运行有着十分重要的意义[1]。
过热器的高温腐蚀是一个十分复杂的物理化学（2）
过程，目前还不能解释得十分确切。根据目前的理论式中，=1.44，=1.92，=0.8，=1.3，
C1εC2εσ3εCε
影响过热器使用寿命的因素主要有结构、工艺的不=1.0[3]。
σk
合理，以及高温腐蚀和飞灰磨损[2]。本文针对某电站另外模型的附加方程包括密度方程：
锅炉的末级过热器，采用CFD软件Fluent，-湍流
kε（3）
模型，结合现场测试的部分参数，模拟过热器管道的
换热机理，以定量分析管壁温度以及管壁周围流场通过式(2)和式(3)，结合流体力学基本方程和相
的流动特性，为研究烟气对末级过热器管道的高温应的初始、边界条件即可求得烟气流过过热器形成
腐蚀提供有效数据，为进一步分析末级过热器管道各场的分布情况。
寿命提供一定的理论指导。2网格划分
1计算模型理论分析为了更加精确、全面地得到末级过热器管壁的
本文选用标准k-ε模型作为湍流模型，其k方程温度，本课题采用三维模型模拟整个流场。由于末级
和ε方程分别为[3-4]：过热器磨损最严重的往往是最靠近烟气来流的一排

＊2009年浙江省大学科技创新活动计划（新苗人才）项目资助

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安全科学技术《安全》2010年第9期

管道，而这排管道周围的流场大体相似，所以本课题烟气参数如表2所示。
仅分析末级过热器最靠近烟气来流的一根管道。表2锅炉过热器烟气参数表
参数值
为了保证模拟结果的准确性,在对过热器进行
进口温度℃871
建模时，基本采用原始数据，保持与实际过热器结构出口温度℃747
密度kg/m31.34
基本一致。在划分网格时，为了保证数据的准确有速度m/s10
定压比热容kJ/(kg·℃)1.175
效，采用局部加密处理，整体空间网格大小平均为导热系数W/(m·℃)9×10-2
粘度kg/(m·s)42×10-5
1cm3，过热器管道平均网格面积为0.2cm2。最终划
分的模型总网格数为1420700。最终划分的过热器本例中末级过热器的材料为12Cr2MoWVT1B。
网格如图1所示。根据表1及表2中的参数，利用Fluent软件进行换热
分析，得到的管壁温度分布如图2所示。

图1过热器模型网格图
图1所示的网格模型高102mm，长3000mm，宽图2过热器管壁温度分布图
102mm，管道外径51mm，管道壁厚6mm。管道壁面经过过热器管壁后烟气的温度分布如图3所示。
设置为固壁边界条件，入口设置为质量入口边界条
件，出口设置为压力出口边界条件。
3换热分析
由于烟气进入末级过热器时的速度较低大约为
10m/s且其他物理特性无明显变化，因此在求解速
度场时将流体看做定常流体[5]。由于标准k-ε湍流模
型适用范围广，经济、精度合理，是工程流场计算中
的主要工具[6]，故采用标准k-ε湍流模型。在得到过热图3烟气经过过热器管壁后的温度分布图
器管道的温度以及管道周围的流场特性后，可根据经过过热器管壁后烟气的速度分布如图4所示。
相关文献预测管道的寿命[7]。在本例中，水蒸汽参数
如表1所示。

表1锅炉过热器水蒸汽参数表
参数值
进口压力MPa18.5
出口温度℃540
出口压力MPa17.3
密度kg/m360.8935
进口温度℃504.2
定压比热容kJ/(kg•℃)3.1288
-2
导热系数W/(m•℃)8.7415×10
-5图4烟气经过过热器管壁后的速度分布图
粘度kg/(m•s)2.9827×10
速度m/s1.566
（下转）
质量流量kg/s0.1947

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《安全》2010年第9期专项研究

带来安全隐患。因此硝酸铵粉碎粒度宜控制在150目4结束语
左右，200目筛下物不得超过15%，不得对硝酸铵进（1）改性硝酸铵感度略高于普通硝酸铵。
行超细处理，以提高感度。（2）防止有机物与改性硝铵超时、超压、超温接
（9）连续化生产线关键设备内部和炸药