    大型鍋爐過熱器爆管是造成機組強迫停機的重要因素之一，而大多數(shù)的爆管都是由管壁超溫引起的。因此，為了準(zhǔn)確了解鍋爐屏式過熱器（屏過）的壁溫分布情況，在大別山電廠超臨界600MW機組鍋爐屏式過熱器上進(jìn)行了爐內(nèi)外壁溫測試，實時采集了爐內(nèi)壁溫及爐外壁溫的變化數(shù)據(jù)，找出了屏式過熱器爐內(nèi)外壁溫的關(guān)系，并用Z小二乘法擬合出二者的關(guān)聯(lián)模型，并進(jìn)行了三維壁溫分布計算分析。利用所擬合的屏式過熱器爐內(nèi)外壁溫的關(guān)聯(lián)模型及爐外可長久保留的測點測量出的溫度t0，可以預(yù)測發(fā)生超溫管段的爐內(nèi)溫度。此外，利用該模型還可驗證屏式過熱器三維管壁溫度計算程序結(jié)果的可靠性。
    伴隨著鍋爐蒸汽參數(shù)提高及容量增大，過熱器和再熱器系統(tǒng)成為大容量鍋爐本體設(shè)計中*的受熱面，這兩部分受熱面內(nèi)工質(zhì)的壓力和溫度都很高，且大多布置在煙溫較高的區(qū)域，受熱面溫度接近管材的極限允許溫度。鍋爐容量的日益增大，使過熱器和再熱器系統(tǒng)的設(shè)計和布置更趨復(fù)雜。在爐膛出口以及各高溫受熱面進(jìn)口截面上，煙氣速度及煙溫的分布偏差越來越大，使與過熱器并列屏片和同屏的各個并列管間的吸熱偏差及管壁所承受的壁溫差也越來越大。由于蒸汽流經(jīng)管內(nèi)溫度不斷升高，而管外的煙氣溫度沿?zé)煹罊M截面分布不均，且沿?zé)煔饬飨蛟诓粩鄠鳠?，因而管?nèi)各處溫度都有不同，使得有的管段溫度高于整個管內(nèi)的平均溫度，這也是高溫受熱面管過熱或爆管的主要原因。
    要進(jìn)行大型鍋爐高溫受熱面管壁的監(jiān)測和壽命預(yù)測，必需獲得管子各處的溫度分布。在現(xiàn)有測試條件下，還無法對高溫受熱面爐內(nèi)壁溫進(jìn)行長期實時監(jiān)測，只能通過測定爐外壁溫去推定爐內(nèi)壁溫。為此，需要進(jìn)行鍋爐過熱器內(nèi)外壁溫對比試驗，并利用試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行屏過的壁溫計算。
    一、試驗方案
爐內(nèi)壁溫測量及爐內(nèi)外壁溫對比試驗需要選定過熱器不同管排及內(nèi)外圈管子，在其上面安裝爐內(nèi)壁溫測點，在各種典型工況下進(jìn)行爐內(nèi)壁溫測量及爐內(nèi)外壁溫對比試驗，得到爐內(nèi)管壁溫度分布。
    大別山電廠超臨界600MW機組HG-1970/25.4-YM4型鍋爐為一次中間再熱、變壓運行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵起動系統(tǒng)，鍋爐的前后墻布置了30只低NO 2，軸向旋流燃燒器（LNASB），采用對沖燃燒方式，配中速磨煤機正壓直吹制粉系統(tǒng)。
    屏過位于爐膛上前部，標(biāo)高50.55m至爐膛頂部，有30組管屏，每片管屏28根管子。
    屏過系統(tǒng)內(nèi)布置有爐外壁溫測點30個，主要用于測量及監(jiān)視鍋爐過熱器各級受熱面出口工質(zhì)的溫度及主蒸汽溫度。在屏過布置爐內(nèi)壁溫測點3個，分別位于左起第2片屏第1根、第8片屏第3根、第13片屏第1根管子的標(biāo)高58m處。采用愷裝型熱電偶測量爐內(nèi)壁溫。
    新安裝的爐內(nèi)壁溫測點接入電廠MIS的Oracle數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)采集時間間隔為2min。
    二、試驗結(jié)果與分析
    （1）屏過受爐膛火焰直接輻射，在機組滿負(fù)荷運行工況下，測得屏過區(qū)域爐內(nèi)管壁溫度在620～740℃ 范圍內(nèi)變化，爐外管壁溫度在500～540℃ 范圍內(nèi)變化（圖1），從爐內(nèi)外測點測試結(jié)果可知，屏過爐內(nèi)測點溫度變化均比爐外溫度變化劇烈。

    （2）屏過區(qū)域爐內(nèi)標(biāo)高58m處左起第8排爐內(nèi)管壁溫度Z高（圖1），表明爐膛上部及爐膛出口處存在一定程度的煙氣殘余旋轉(zhuǎn)。
    （3）測得爐內(nèi)溫度高于爐外溫度100～200℃，其中以屏過第8屏的爐內(nèi)外溫差Z大（圖2）。

    （4）機組負(fù)荷在400MW 以下時一般投運下層燃燒器，燃燒火焰中心較低，過熱器爐內(nèi)管壁溫度相應(yīng)也較低，一般在600℃以下；機組負(fù)荷在400MW以上時，屏過爐內(nèi)管壁溫度會上升至600℃以上。屏過爐內(nèi)外的管壁溫度均隨負(fù)荷的變化而變化，并在一定條件下呈正比的關(guān)系。但是，在機組起動調(diào)整過程中的某些工況下，屏過的溫度波動幅度比較大，有時甚至超過滿負(fù)荷時過熱器所達(dá)到的爐內(nèi)Z高壁溫，這與機組負(fù)荷的波動幅度較大、風(fēng)量過小以及工質(zhì)流量過小有關(guān)。
    三、爐內(nèi)外壁溫的關(guān)聯(lián)模型
    按俄羅斯鍋爐機組熱力計算標(biāo)準(zhǔn)，各管段的計算壁溫按下式進(jìn)行計算：

式中：t為計算截面中部件的介質(zhì)溫度，℃ ；β為管子外徑與內(nèi)徑之比，按鍋爐管實際結(jié)構(gòu)確定；μ為熱量分流系數(shù)，按1998年熱力計算標(biāo)準(zhǔn)8～19節(jié)選??；q₀為計算截面處管段單位面積吸熱流量，kW/㎡；δ為管壁壁
厚，按鍋爐管實際結(jié)構(gòu)確定，m；λ_M 為金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)，各種材料的λ_M隨溫度的變化按久λ_M=A（t_cT－t）＋B考慮，式中A、B為系數(shù)，t₀為計算的原始溫度，℃；α2為管子內(nèi)壁對工質(zhì)的放熱系數(shù)，kw/（㎡·℃）。
    對于過熱器某確定的管段，該處的工質(zhì)溫度應(yīng)是該段過熱器管壁的中間溫度，但在實際運行過程中其無法通過試驗得到，能夠測量到的是該段出口處工質(zhì)的溫度閣。對過熱器某段確定的管子的爐內(nèi)溫度，可根據(jù)過熱器爐內(nèi)外壁溫數(shù)據(jù)，建立出爐內(nèi)外壁溫的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)模型。
    采取Z小二乘法對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，設(shè)其擬合曲線為S（χ），則誤差平方和：

    本文選定屏過爐內(nèi)溫度Z高的左起第8片屏作為擬合關(guān)聯(lián)模型的對象，通過對屏過爐內(nèi)外溫差數(shù)據(jù)與機組主要運行參數(shù)（實際負(fù)荷、水煤比、主蒸汽溫度）試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，擬合得到屏過爐內(nèi)外壁溫關(guān)聯(lián)模型：
                   △t=0.0154W十9.0704θ十0.391t_M一100.93              （3）
式中：△t為末級過熱器爐內(nèi)外溫差，℃；W為機組的實際負(fù)荷，MW；θ為機組的水煤比；t_M為機組的主蒸汽溫度，℃。
    利用屏過爐內(nèi)外壁溫關(guān)系式，由爐外壁溫推導(dǎo)出的爐內(nèi)壁溫值與試驗測試值Z大誤差小于士6℃ 。
    四、屏過的三維壁溫計算
    擬合出的超臨界600MW機組直流鍋爐屏過爐內(nèi)壁溫計算公式，對于編制其三維管壁溫度計算程序有模型參照作用，能夠提高三維管壁溫度計算程序的準(zhǔn)確性。
    鍋爐屏過的三維管壁溫度計算需要逐級、逐根、逐點地進(jìn)行，借助 MATLAB數(shù)學(xué)軟件采用MATLAB7.0編制了鍋爐屏過三維壁溫計算程序，其中包括運算主程序、運算子程序、數(shù)據(jù)庫3部分。
    在程序計算中考慮到各管段位置不同造成的管段受熱條件的差異，從熱偏差的理論以及三維模型的角度考慮了煙氣的輻射和對流情況。在流量、受熱條件、煙溫分布、煙速分布和管段吸熱量不同的情況下，以微元段為單位進(jìn)行熱力計算。
    按照鍋爐實際運行工況要求，對屏過進(jìn)行1-BM-CR、2-TRL和3-50%BMCR（滑壓）3種工況下的壁溫計算，得到不同工況下屏過的壁溫分布。選取了具有代表性的第2、8、13片屏，繪制出壁溫分布圖，具體溫度分布見圖3～圖5。


    計算結(jié)果和測量結(jié)果比較見表1。當(dāng)有部分測點溫度誤差較大時，調(diào)節(jié)初始上爐膛區(qū)的煙氣溫度場系數(shù)，直到Z后計算所得溫度與實際測量的溫度誤差在容許范圍內(nèi)。

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600MW機組鍋爐屏式過熱器壁溫測試及三維計算

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