超臨界鍋爐爐外壁溫測(cè)點(diǎn)的測(cè)量誤差
加入技術(shù)交流群
目前我國(guó)有不少超臨界和超超臨界鍋爐投人運(yùn)行。這些鍋爐的蒸汽溫度比亞臨界鍋爐高出 30－60℃ 。有些超臨界鍋爐投運(yùn)一兩年就發(fā)生過(guò)熱器管內(nèi)氧化垢堵塞而超溫爆管的事故。同時(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)熱器再熱器爐外壁溫測(cè)點(diǎn)所測(cè)得的溫度比實(shí)際溫度偏低10－20℃ 。超臨界和超超臨界鍋爐的運(yùn)行安全性在很大程度上決定于過(guò)熱器再熱器吸熱大的偏差管壁溫是否超溫，這會(huì)造成對(duì)爐內(nèi)壁溫是否超溫的誤判。下面對(duì)爐外測(cè)點(diǎn)測(cè)量準(zhǔn)確性問(wèn)題做理論上的探討，并介紹幾家電廠的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。希望能引起有關(guān)電廠和鍋爐制造廠的重視。
一、爐外壁溫測(cè)量準(zhǔn)確度的重要性
長(zhǎng)期以來(lái)有一種誤解，認(rèn)為現(xiàn)代大容量鍋爐爐頂都有大罩殼；有些高溫部件出口集箱及連接管還處在大罩殼內(nèi)的保溫小室中；爐外壁溫測(cè)點(diǎn)在大罩殼或保溫的小室內(nèi)，不用再單獨(dú)加保溫，這是一種誤解。因?yàn)榇笳謿せ蛐∈姨幱跓崞胶鉅顟B(tài)，美國(guó)CE公司對(duì)亞臨界鍋爐大罩殼內(nèi)部的溫度定為454℃；B&W公司則規(guī)定為488 ℃。小室內(nèi)的溫度要更高一些。而爐外壁溫測(cè)點(diǎn)測(cè)量的是過(guò)熱器再熱器偏差屏中偏差管的出口蒸汽溫度。該溫度一般比管組的出口平均溫度要高出20~40℃（超臨界鍋爐的這種溫度為590~610℃ ；超超臨界壓力鍋爐則為625~640℃）。這些溫度要比大罩殼內(nèi)或小室內(nèi)的溫度高出50~200℃。有溫差就有熱流（熱流從管內(nèi)蒸汽通過(guò)管壁，到熱電偶熱接點(diǎn)，再到管外空氣），就有熱電偶熱接點(diǎn)溫度與管內(nèi)汽溫之差。鍋爐出口汽溫愈高，這種溫差也愈大。因此測(cè)點(diǎn)不用單獨(dú)加保溫的概念是不對(duì)的。
此外，一些耐高溫的鋼材在高溫下其持久強(qiáng)度對(duì)溫度非常敏感。例如，TP347H 材料在所受應(yīng)力為69.5MPa，爐內(nèi)管壁溫度為635℃時(shí)，其計(jì)算使用壽命為5.4萬(wàn)h，只有設(shè)計(jì)壽命l0萬(wàn)h的一半左右（在該應(yīng)力下10萬(wàn)h壽命的對(duì)應(yīng)溫度為 625℃），屬于超溫情況。如果爐外壁溫測(cè)點(diǎn)的測(cè)量溫度偏低10℃ ，貝日計(jì)算的壽命剛好為 l0 萬(wàn)h ，屬于不超溫?？梢?jiàn)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量準(zhǔn)確性對(duì)于鍋爐的運(yùn)行安全（是否超溫的判斷）和經(jīng)濟(jì)性（高溫管段壽命）至關(guān)重要。
二、用爐外壁溫測(cè)量管內(nèi)蒸汽溫度的理論基礎(chǔ)
爐外壁溫測(cè)點(diǎn)所測(cè)量的溫度是管內(nèi)的蒸汽溫度。要測(cè)量準(zhǔn)確，首先應(yīng)使測(cè)點(diǎn)處管子外壁溫度盡量接近管內(nèi)汽溫；其次要使熱電偶熱接點(diǎn)的溫度盡量接近管子外壁溫度。這要求盡量減小測(cè)點(diǎn)處沿管子徑向和沿?zé)犭娕急旧淼纳釤崃?。下面?duì)這 2 個(gè)散熱熱流作理論分析。
2.1 管子外壁與管內(nèi)蒸汽之間的溫差
因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)處的管外環(huán)境溫度比管內(nèi)蒸汽溫度低，所以有熱流q通過(guò)管壁，使管子外壁溫度twb低于管內(nèi)蒸汽溫度 tzq(見(jiàn)圖1)。偏低的數(shù)值可按下式計(jì)算：
式中：q為管子外壁處熱流，kJ/(m2·h);dw、dn為管子外徑和內(nèi)徑，m;dwb、dnb為保溫層外徑和內(nèi)徑， m ；α1為保溫層外壁對(duì)環(huán)境（大罩殼或小室）的放熱系數(shù)，kJ/(m2·h·℃）；α2為蒸汽對(duì)管子內(nèi)壁的放熱系數(shù)，kJ/(m2·h·℃）；λ、λb為管子鋼材和保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)， kJ/(m2·h·℃）；tzq、thj為管內(nèi)蒸汽溫度和環(huán)境（大罩殼或小室）溫度，℃。
2.2 熱電偶熱接點(diǎn)與管子外壁之間的溫差
從熱接點(diǎn)處的熱平衡來(lái)看，從管子外壁流向熱接點(diǎn)的熱流為卯熱接點(diǎn)向環(huán)境的散熱熱流為q1；沿?zé)犭娕奸L(zhǎng)度方向的散熱熱流為q2。
當(dāng)達(dá)到熱平衡時(shí)，有如下關(guān)系式：
q=q1＋q2＝αd(twb－trd) ( kJ/(m2·h)) (3)
twb-trd＝q/αd=（q1＋q2)／αd （℃） ( 4 )
式中：αd為熱電偶與管壁間的當(dāng)量放熱系數(shù)，kJ/(m2·h·℃）;trd為熱電偶熱接點(diǎn)的溫度℃。
從式（3）、（4）可看出，為使測(cè)量準(zhǔn)確，即（twb-trd)值小，應(yīng)盡量減小 q1和q2，并增大αd。這就要求：(l) 為減小q1，應(yīng)在測(cè)點(diǎn)處管外加保溫層；(2)為減小q2, 應(yīng)將從熱接點(diǎn)引出的一段熱電偶（約150mm）緊貼在管壁上，以減小沿?zé)犭娕急旧淼纳幔摱喂茏右矐?yīng)保溫；(3)應(yīng)在結(jié)構(gòu)上設(shè)法盡可能增大。αd值。
筆者按超超臨界鍋爐末級(jí)過(guò)熱器和末級(jí)再熱器的常用參數(shù)，計(jì)算了在BMCR（鍋爐最大連續(xù)出力）和50%BMCR 2種工況時(shí)有保溫及無(wú)保溫2種情況下的管子外壁與蒸汽溫度之間的溫差山。計(jì)算結(jié)果列于表 1 中。計(jì)算中采用大罩殼中小室內(nèi)的環(huán)境溫度為540℃；保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)取用λb=0.42 kJ/(m·h·℃）。從表中數(shù)據(jù)可看出，保溫對(duì)減小測(cè)量誤差的影響很大。因?yàn)殡y于計(jì)算熱電偶與管子外壁之間的當(dāng)量放熱系數(shù)αd，所以表中沒(méi)有列人熱電偶熱接點(diǎn)與蒸汽之間的溫差△ tr。但是 △ tr肯定要大于△t。因此對(duì)于超臨界和超超臨界鍋爐，保溫層的厚度應(yīng)不小于100mm。
從上述計(jì)算式和計(jì)算表可看出：(1)再熱器的蒸汽側(cè)放熱系數(shù)比過(guò)熱器小，故測(cè)量溫度的偏低值較大；(2)鍋爐低負(fù)荷時(shí)蒸汽側(cè)的放熱系數(shù)降低，測(cè)量溫度的偏低值增大很多；(3)偏差管的出口溫度愈高則測(cè)量溫度的偏低值也愈大。
評(píng)論