超（超）临界机组流动加速腐蚀问题及水冷壁节流圈结构优化

摘要

超（超）临界火电机组采用了更高的蒸汽参数，提高了发电效率，得到广泛的应用，但运行中还存在一些问题，严重影响机组运行的安全性。给水疏水系统内的流动加速腐蚀(FAC)和水冷壁入口节流圈的结垢则是其中两种典型问题，前者会造成管壁减薄甚至泄漏，后者容易导致水冷壁超温甚至爆管。本文采用数值计算的方法对这两种问题进行了深入研究。
　　采用M.I.T.方法建立了直管段单相流FAC的数值计算模型，模型中将FAC分为腐蚀和传质两个过程。依据计算和分析确定腐蚀过程的速率远小于传质过程，为此对模型进行了简化，即FAC的速率由传质过程决定。在模型中引入材料铬含量以及给水溶氧量对FAC速率的影响，给出临界溶氧量的计算式，并采用CFD的方法计算流体边界层内的质量扩散系数。利用所建模型定量计算了温度、pH值、溶氧量、流体流速和材料铬含量对FAC速率的影响。结果表明FAC高发的温度区间为150～200℃;采用合适的给水处理方式，加氨提高给水pH值或在给水中加入适量的氧均可以有效地抑制FAC的速率，临界溶氧量可用于指导火电厂给水含氧量的控制:材料的含铬量越高，FAC速率越低，因此在FAC的高发区域应选用含铬量较高的材料;流场变化剧烈的部件是FAC的易发区域，这些区域存在严重的湍流现象，传质过程速率加快，进而导致FAC的速率增大。所建模型也为今后建立含有更多参数的精确模型奠定了良好的基础。
　　水冷壁节流圈结垢来源于FAC所产生的溶性氧化铁，结垢程度与节流圈的结构参数有密切关系。为此针对四分之一圆节流圈、锥形入口节流圈、长径喷嘴这三种非标准节流装置的结构，采用CFD方法分别建立了相应的数值计算模型，研究节流圈结构的优化设计。优化策略是在保证全管节流压降的同时，使节流圈入口内壁面上的最大压降值尽可能降低。计算中分别改变各种节流圈的厚度、孔径和入口倒角，并将其数值计算的结果与标准节流圈进行对比。数据表明当入口内壁面与内部流场较为吻合时可以有效地降低内壁面上的最大压降:在锅炉BMCR工况下优化后的三种非标准节流圈内壁面上的最大压降值均小于标准节流圈，可以减轻水冷壁节流圈的结垢现象。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 流动加速腐蚀问题

1．2．2 水冷壁节流圈结垢问题

1．3 论文的主要研究内容

第二章 流动加速腐蚀及水冷壁结垢问题机理分析

2．1 FAC机理分析

2．1．1 FAC的现象

2．1．2 FAC的影响因素

2．1．3 抑制FAC的主要途径

2．2 水冷壁节流圈结垢机理分析

2．2．1 节流圈垢物的主要成分和特征

2．2．2 垢物产生的机理

2．2．3 结垢原因的确定

2．3 本章小结

第三章 流动加速腐蚀问题的数值研究

3．1 FAC数学模型

3．2 水化学因素及材料铬含量的影响计算

3．2．1 铬含量的影响

3．2．2 溶解度的计算

3．2．3 pH的影响

3．2．4 临界溶氧量

3．3 计算结果分析

3．3．1 直管段数值计算结果

3．3．2 实验结果验证

3．4 FAC实例分析

3．4．1 变径管

3．4．2 高加“入口侵蚀”

3．4．3 U型管

3．5 本章小结

第四章 水冷壁入口节流圈结构优化

4．1 节流圈的结构参数优化

4．2 不同形状的节流圈对结垢的影响分析

4．2．1 节流装置的结构形式分类

4．2．2 1／4圆节流圈

4．2．3 锥形入口节流圈

4．2．4 长径喷嘴

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 研究结论

5．2 工作展望

参考文献

致谢

硕士研究生期间发表的论文