增压锅炉风口异型砖热应力数值模拟及优化研究

来源 :哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所 中国船舶重工集团公司第703研究所(哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:zkw8229630
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增压锅炉是利用涡轮增压机组供风,燃料在炉膛增压的条件下进行燃烧,增压锅炉具有炉膛容积热负荷高、体积小等许多优点,但也由此带来了炉膛温度高,烟气对炉膛冲刷强烈等对耐火砖不利的因素,增压锅炉炉膛温度可以高达1700℃。炉墙耐火砖构成了炉膛围壁,耐火砖将直接承受高温冲刷和热辐射。风口异型砖还要受到助燃空气的冲刷,工作环境更加恶劣,极易因为热应力造成损坏失效,一旦损坏,既增加维修成本,又严重影响了设备的可用性。因此,如何降低增压锅炉风口异型砖的应力,提高其使用寿命,对于提高增压锅炉的可靠性十分重要。  本文以增压锅炉炉墙耐火砖为研究对象,通过对风口异型砖进行建模仿真,研究了增压锅炉用SIC异型耐火砖传热及应力特性,探索其热应力影响因素,并进行了降应力优化研究,得到其温度场和应力场的分布,并在此基础上研究对流换热系数、膨胀系数及耐火砖的各种几何参数带来的影响。  本论文从热力学的角度出发,运用了传热学与有限单元法原理,在ANSYS参数化建模方法的基础上建立增压锅炉耐火砖三维实体模型,确定了边界条件,对炉墙进行有限元分析,掌握增压锅炉温度场、应力场的变化规律,并预测热应力的发展变化。  根据理论分析和仿真计算得到以下结论:随着助燃空气对流换热系数的增加,耐火砖热应力逐步增大;随着膨胀系数的增加,热应力值逐步增加;耐火砖的几何参数同样影响热应力的分布规律。本文在这些结论的基础上,提出了耐火砖的优化设计方案,对减少耐火砖的断裂失效具有重要的意义。
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