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深度调峰锅炉四管失效机理与寿命预测技术

深度调峰锅炉四管失效机理与寿命预测技术

背景意义
火电机组深度调峰造成了锅炉水冷壁受热面超温、壁温不均匀、氧化皮产生以及脱落速度加快等问题,加上低NOx燃烧带来的高温腐蚀问题,严重影响了电站锅炉主要承压部件的剩余使用寿命。除了高温腐蚀之外,深度调峰同样会对锅炉四管的热应力疲劳、飞灰磨损以及蠕变等失效形式产生不可忽视的影响,容易产生爆管问题导致停炉,严重威胁锅炉的安全运行。


深度调峰锅炉四管寿命预测软件技术路线图


技术内涵

研究采用机理实验+数值模拟+寿命预测算法开发+智能化大数据寿命评估平台开发的技术路线。首先,通过调研获得深度调峰变工况的实验参数。机理实验研究主要包括变温、变气体氛围、涂盐、加载应力条件下的腐蚀动力学规律与产物膜表征和耐热钢高温低周疲劳行为及微观组织研究。数值模拟研究基于COMSOL或ANSYS软件建立锅炉四管的二维或三维结构并生成网格,采用多物理场(温度场、流场、热应力场等)耦合方法对锅炉在深度调峰下的四管失效方式进行数值模拟。内容包括锅炉承压部件变工况疲劳性能的数值模拟研究和锅炉高温腐蚀及飞灰磨损的数值模拟研究。然后,根据之前的研究提出了在线检测与停机检测相结合的预测算法,每次停炉检测都将新的受热管参数输入系统,实现自动计算高温腐蚀累加减薄量并且自动累加调峰次数产生的疲劳次数,对四管寿命进行预测,在达到寿命极限前发出预警。最后,搭建火电锅炉智能化大数据平台,检测出炉膛内不同失效方式可能的危险点。

经济效益与社会效益
电站锅炉的安全运行是整个电站工作的重中之重,只有在保证锅炉四管的使用寿命前提下,才能较好地预防水冷壁爆管、炉膛灭火等锅炉事故的发生,提高了锅炉效率,保障锅炉的运行安全。锅炉四管的寿命预测算法对锅炉的安全运行至关重要,是智慧电厂建设的重要一环。了解锅炉深度调峰情况下的失效机理,该研究对电站锅炉具有高度普适性,优化炉内防护措施,提高锅炉经济性,保障了锅炉高品质安全作业,社会效益明显。






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