锅炉受热面管壁温度校核计算基础

14.1　锅炉受热面管壁温度校核计算基础

锅炉受热面的正常壁温工况取决于三个条件：一是要保证金属材料具有足够的机械强度；二是限制因温度过高而在管壁表面形成氧化皮；三是不允许出现管壁温度的持久波动。

高温持久强度反映了金属材料在高温下长期使用直至断裂时的强度和塑性性能，它有一个极限允许温度。随着管壁温度升高，持久强度下降，金属材料的使用寿命也随之缩短。因此，管壁的工作温度应满足钢材的高温持久强度要求。在锅炉强度计算时，通常采用管子内壁温度t_nb和外壁温度t_wb的算数平均值t_b来确定金属材料持久强度的许用应力。

锅炉受热面外表面处于具有腐蚀性的烟气中，当受热面外壁温度升高到某一数值时，会在管子外表面形成氧化皮，致使材料的结构发生改变。金属的氧化速度主要取决于温度，温度越高，氧化速度越快。锅炉受热面管外壁的允许温度受限于管子外表面形成氧化皮时的温度。因此，还应校核受热面管外壁温度。如果金属管壁温度长期出现周期性波动，即使管壁温度并未超过金属材料强度和氧化所要求的允许温度，也可能由于壁温波动引起的交变热应力而产生疲劳损坏，使金属产生裂纹。因此，对壁温波动也需要限制。

此外，在现代锅炉广泛采用的膜式水冷壁中，相邻的管子壁温差不能大于一定数值（一般为50℃），否则会造成过大的热应力而引起管子与鳍片间焊缝的破坏。鳍片温度过高是造成焊缝破坏的另一个原因，而鳍片温度与鳍片的结构尺寸有关，因此对于膜式水冷壁还要校核鳍片温度，以确定最佳的鳍片结构型式。因此，在锅炉受热面管壁温度的校核计算中，一般需要计算的温度主要是管内外壁平均温度、管外壁温度以及膜式水冷壁的鳍片温度。

锅炉受热面一般由许多根平行连接的管子组成，在校核锅炉受热面的壁温时，需要校核的管子是指同一并联管组中热负荷分布、流量分配及结构上最为不利，即热偏差最大的管子。若并联管组中温度最高的管子能安全可靠工作，则认为此并联管组就能安全工作。通常，不同的锅炉部件，由于不同的工作条件，采用不同的金属材料做成，因此对锅炉各部件要分别进行壁温校核，其中特别要进行校核的是过热器和水冷壁。

锅炉受热面中经常使用的是圆管和组成膜式水冷壁的鳍片管。下面我们分别讨论圆管均匀受热时的管壁温度、圆管不均匀受热时的管壁温度和鳍片管的管壁温度计算。