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1000 MW超超臨界發(fā)電機組鍋爐是當前最先進的火力發(fā)電機組鍋爐，其設計上采用了很多先進的理念和技術，確保鍋爐水冷壁的安全長周期運行。國內(nèi)部分超超臨界垂直管圈鍋爐在實際投運后的檢修中仍發(fā)現(xiàn)，水冷壁管某標高區(qū)段內(nèi)較人面積范圍內(nèi)產(chǎn)生橫向裂紋，嚴重威脅電廠的安全生產(chǎn)針對該問題進行有限元分析研究，找出水冷壁裂紋產(chǎn)生的原因和機理，對保證鍋爐的運行安全具有重要意義。
相關研究顯示，水冷壁橫向裂紋的產(chǎn)生是熱應力過人或熱疲勞引起，而熱應力與管壁的溫度分布有密切關系。傳統(tǒng)的水冷壁管溫度的計算方法，計算的壁溫是人為按經(jīng)驗事先選定的危險點溫度，但是由于實際運行的復雜性和負荷的多變性，此方法不能夠正確而連續(xù)地反映出屏中每根管子的壁溫分情況現(xiàn)階段，數(shù)值模擬方法越來越多地被采用，如文獻建立了流固拙合計算模型，模擬了爐內(nèi)燃燒過程以及各工況對壁溫分布的影響，得到了爐膛內(nèi)的溫度分布以及爐墻的熱應力、應變分布，并通過小型實驗驗證。
文獻利用有限元計算了膜式水冷壁的溫度場，認為壁內(nèi)金屬任何一點與管內(nèi)工質(zhì)的溫差與水冷壁向火側(cè)的熱流量成正比。文獻針對某電廠超臨界壓力鍋爐，使用數(shù)值方法模擬了各工況下膜式水冷壁的溫度場，分析了背火側(cè)的兩個關鍵點溫差與向火側(cè)危險點溫度之間的關系，得到擬合關系式，結構能夠用于向火側(cè)壁溫的在線監(jiān)測。
上述的研究結果表明，基于有限元方法的數(shù)值模擬技術在水冷壁管溫度場、熱應力場的計算分析中是可靠的，能夠適用于超臨界鍋爐水冷壁的熱應力分析。但現(xiàn)有研究人多針對二維簡化模型，而在三維模擬方面研究報道較少，僅有文獻的研究者針對常規(guī)傳熱條件的水冷壁管溫度場及熱應力場開展了數(shù)值模擬研究，將水冷壁管的傳熱特性變化與水冷壁應力變化同時考慮的研究工作仍然未見報告。但是當前條件下，國內(nèi)超超臨界鍋爐普遍處于滑壓調(diào)峰運行狀態(tài)下水冷壁內(nèi)工質(zhì)物性變化劇烈，使得水冷壁管內(nèi)的工質(zhì)的傳熱特性也發(fā)生劇烈變化，容易出現(xiàn)由于局部管壁傳熱惡化等原因引發(fā)的管壁溫度飛升現(xiàn)象，對水冷壁的局部應力產(chǎn)生很人影響，對水冷壁管的安全造成嚴重威脅。研究將水冷壁內(nèi)外的傳熱特性變化和管材的應力變化進行綜合考慮，并將研究得到的應力變化結果作為分析水冷壁橫向裂紋產(chǎn)生原因的重要組成部分。
本研究針對某1000 MW超超臨界機組鍋爐垂直上升水冷壁，利用大型通用有限元軟件ABAQUS，通過建立三維有限元模型，計算得到了傳熱正常和傳熱惡化水冷壁管的溫度及熱應力場分布情況，并分析了傳熱惡化對該鍋爐水冷壁管上橫向裂紋的影響。
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