超臨界直流鍋爐垂直管屏水冷壁的熱應(yīng)力分析

張超

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究總院有限公司西北電力試驗(yàn)研究院，陜西 西安 710021)

膜式水冷壁是由扁鋼和管子拼排焊成的氣密管屏，主要功能為進(jìn)行介質(zhì)熱量交換同時(shí)降低爐膛壁溫，是電站鍋爐重要的受熱金屬部件，其密封結(jié)構(gòu)的完整性對(duì)于降低負(fù)壓鍋爐爐膛的漏風(fēng)系數(shù)，改善爐內(nèi)的燃燒工況具有重要作用[1-3]。近年來(lái)，隨著“3060雙碳”目標(biāo)的指引，鍋爐向大容量、高參數(shù)方向發(fā)展成為電力集約建設(shè)的必然選擇，由此引發(fā)鍋爐爐膛煙溫、管內(nèi)介質(zhì)溫度與壓力漸次升高，加之電力機(jī)組在深度調(diào)峰背景[4]下運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)變，使得膜式水冷壁的運(yùn)行工況益趨復(fù)雜，受熱面管在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)管壁表面橫向裂紋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生管壁撕裂，在介質(zhì)高溫腐蝕作用下[5]，容易引發(fā)爆管事故[6-9]，極大影響電力運(yùn)營(yíng)的安全性與經(jīng)濟(jì)性。膜式水冷壁結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，結(jié)構(gòu)溫度受到爐內(nèi)上千攝氏度煙氣熱量、管內(nèi)上百攝氏度介質(zhì)換熱以及爐外近似絕熱等多重?zé)嵊绊?，管?nèi)溫度梯度較大。同時(shí)水冷壁管壁作為爐膛整體壁面的一部分，受到結(jié)構(gòu)上的位移約束，在溫度控制不當(dāng)以及結(jié)構(gòu)膨脹不暢時(shí)，就會(huì)在水冷壁管中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，當(dāng)熱應(yīng)力大于材料屈服強(qiáng)度時(shí)，材料就會(huì)發(fā)生塑性變形，進(jìn)而影響材料的使用安全。

金東昊等[10]采用三維CFD模型與一維Flownex模型相結(jié)合的方式對(duì)燃煤鍋爐屏式過(guò)熱器壁溫進(jìn)行了耦合迭代計(jì)算。沙驍?shù)萚11]基于600 MW機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用試驗(yàn)手段研究了機(jī)組負(fù)荷及鍋爐典型受熱面壁溫?cái)?shù)據(jù)的時(shí)域及頻域特征。喻聰?shù)萚12]利用Fluent流場(chǎng)計(jì)算軟件和MATLAB數(shù)值分析工具包提出一種基于燃燒與水動(dòng)力耦合模型的鍋爐蒸汽管壁溫度數(shù)值模擬方法，對(duì)某660 MW超臨界切圓燃燒鍋爐壁溫進(jìn)行了計(jì)算分析。黃丹等[13]通過(guò)試驗(yàn)手段對(duì)東方鍋爐廠早期生產(chǎn)的某600 MW超臨界W火焰鍋爐的水冷壁管頻繁拉裂泄漏事故進(jìn)行了原因分析。以上研究大多以鍋爐受熱面整體為對(duì)象，研究煙氣流場(chǎng)的溫度分布，通過(guò)溫度梯度的特征分布，對(duì)管子應(yīng)力進(jìn)行分析。

本文以某局部660 MW超臨界直流鍋爐垂直管屏膜式水冷壁管為對(duì)象，研究膜式水冷壁在傳熱過(guò)程中的熱應(yīng)力，分析影響熱應(yīng)力的主要因素，并采用通用有限元分析軟件，計(jì)算模型的溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)，討論膜式水冷壁管結(jié)構(gòu)奇異性的優(yōu)化方向，并分析溫度與熱邊界條件參數(shù)間的相互關(guān)系。

1 研究對(duì)象與模型

1.1 膜式水冷壁管

某660 MW超臨界直流鍋爐爐膛水冷壁采用焊接膜式壁。冷灰斗及下部水冷壁采用與爐膛水平斷面呈一定傾角的內(nèi)螺紋管布置而成，在爐膛中部通過(guò)水冷壁中間集箱轉(zhuǎn)換為垂直管屏，其質(zhì)量流速與結(jié)構(gòu)特性見(jiàn)表1。垂直管圈水冷壁位于爐膛的上部，其向火側(cè)壁面受到螺旋段燃燒器處煤粉劇烈燃燒釋放的化學(xué)熱量作用，對(duì)于深度調(diào)峰機(jī)組，在周期性交變熱量沖擊下該區(qū)段水冷壁管段易產(chǎn)生橫向裂紋，故選擇垂直段水冷壁管進(jìn)行建模研究。

表1 膜式水冷壁質(zhì)量流速與結(jié)構(gòu)特性Tab.1 Mass flow rates and structural characteristics of membrane water-cooled wall

1.2 有限元模型和邊界條件

水冷壁與鰭片通過(guò)焊接形成密封的爐膛壁，其在爐內(nèi)接收煤粉顆粒燃燒釋放的高溫輻射熱量，同時(shí)在壁面處與高溫?zé)煔膺M(jìn)行對(duì)流換熱；在爐膛外，水冷壁表面覆蓋有輕質(zhì)多孔的保溫材料以防止?fàn)t膛熱量損失。管中自下而上流有高壓水蒸氣，其與管壁內(nèi)壁進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流換熱，在加熱工質(zhì)的同時(shí)降低鍋爐排煙溫度。圖1為膜式水冷壁平面示意圖。

圖1 膜式水冷壁平面示意圖Fig.1 Plane schematic diagram of membrane water-cooled wall

膜式水冷壁換熱符合傳熱學(xué)相關(guān)理論[14]，水冷壁二維無(wú)內(nèi)熱源導(dǎo)熱微分方程為

(1)

式中：T為溫度；x、y為x、y軸坐標(biāo)變量。

向火側(cè)壁面涉及對(duì)流換熱和輻射換熱，工程上為計(jì)算方便，可按第2類邊界條件進(jìn)行計(jì)算，即

(2)

式中：λ為熱導(dǎo)率；n為溫度梯度法向；下標(biāo)w代表壁面；qw為壁面熱流密度。

背火側(cè)壁面由保溫材料覆蓋，散熱損失小，經(jīng)研究，損失熱量對(duì)熱應(yīng)力影響不大[15]，故對(duì)背火側(cè)壁面進(jìn)行絕熱假設(shè)，其符合第2類邊界條件，即

(3)

水冷壁管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱按第3類邊界條件計(jì)算，即

(4)

式中：h為邊界面的表面換熱系數(shù)；Tw為邊界面溫度；Tf為流體溫度。

水冷壁管在結(jié)構(gòu)上具有對(duì)稱性，其二維傳熱受力模型遵循平面應(yīng)變規(guī)律，載荷作用在xy平面內(nèi)，且沿z軸為均勻分布，管子表面的傳熱條件沿z軸不變。所有應(yīng)力分量與應(yīng)變分量均為x、y的函數(shù)，且z向位移分量為0，則應(yīng)力條件為

τzx=τzy=0，σz=μ(σx+σy)-EαT.

(5)

式中：下標(biāo)x、y、z表示x、y、z軸，下同；τ為切向應(yīng)力；σ為正應(yīng)力；μ為泊松比；E為彈性模量；α為熱膨脹系數(shù)。

根據(jù)熱彈性物理理論[16]，有垂直于z軸的面內(nèi)應(yīng)力分量和應(yīng)變分量之間的關(guān)系，即：

(6)

式中：ε為正應(yīng)變；γ為切向應(yīng)變；G為剪切模量。

無(wú)體力的平衡方程為：

(7)

幾何方程為：

(8)

式中：u為x向位移；v為y向位移。

協(xié)調(diào)方程為

(9)

對(duì)于平面熱彈性問(wèn)題，若給定溫度分布T，由式(6)—(9)以及相應(yīng)的邊界條件，就可以確定面內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變與位移分量，并可由式(5)計(jì)算平面應(yīng)變問(wèn)題中的軸向應(yīng)力。

對(duì)膜式水冷壁管進(jìn)行二維仿真建模，溫度分析與結(jié)構(gòu)分析單元均采用二維8節(jié)點(diǎn)單元，模型共劃分8 889個(gè)節(jié)點(diǎn)、2 831個(gè)單元。模型材料為15CrMoG，其物理參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 15CrMoG物理參數(shù)Tab.2 15CrMoG physical parameters

2 結(jié)果分析與討論

2.1 溫度和熱應(yīng)力分析

2.1.1 溫度場(chǎng)分析

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究[17-18]，膜式水冷壁正常換熱的溫度場(chǎng)邊界條件可設(shè)置為：向火側(cè)壁面熱流密度為55 kW/m2，管內(nèi)工質(zhì)設(shè)計(jì)溫度為406 ℃，對(duì)流換熱系數(shù)為30 kW/(m2·℃)。通過(guò)計(jì)算可得到膜式水冷壁管的溫度場(chǎng)分布，如圖2所示。從圖2可見(jiàn)，水冷壁管的溫度場(chǎng)總體呈對(duì)稱分布，對(duì)稱面通過(guò)管子中心并垂直于爐膛壁面。向火側(cè)管壁溫度受到爐膛熱流的強(qiáng)烈作用，從外壁面到內(nèi)壁面呈同心圓狀分布，溫度逐漸遞減；背火側(cè)受到爐膛熱流影響較小，管壁溫度分布較為均勻。整個(gè)膜式水冷壁的最高溫度出現(xiàn)在管子兩側(cè)鰭片的向火側(cè)中心位置，最高溫度為436.83 ℃，最低溫度出現(xiàn)在管子背火側(cè)內(nèi)壁面頂點(diǎn)，最低溫度為406.2 ℃。在爐膛燃燒過(guò)程中，水冷壁管向火側(cè)壁面和鰭片壁面同時(shí)受到煙氣高溫?zé)崃鞯淖饔?，管?nèi)均質(zhì)流動(dòng)的水汽與內(nèi)壁面通過(guò)對(duì)流換熱將介質(zhì)的低溫傳遞給管子和鰭片以進(jìn)行冷卻，但從距離來(lái)說(shuō)，鰭片向火側(cè)壁面中點(diǎn)離管內(nèi)低溫區(qū)相對(duì)更遠(yuǎn)，其所受冷卻程度相對(duì)較弱，因此溫度相對(duì)較高。

圖2 正常換熱下膜式水冷壁管溫度場(chǎng)分布Fig.2 Membrane water-cooled wall tube temperature field distribution in normal heat exchange

2.1.2 熱應(yīng)力分析

在爐膛膜式水冷壁換熱過(guò)程中，水冷壁管受到煙氣溫度的影響產(chǎn)生位移形變，由此改變管壁的角系數(shù)值[19-20]， 進(jìn)而改變作用于壁面的熱流密度值和溫度的影響；但實(shí)際上，這種形變對(duì)溫度影響很小，故計(jì)算熱應(yīng)力時(shí)采用單向耦合模型[21]，將溫度計(jì)算結(jié)果單向加載于結(jié)構(gòu)分析中。

膜式水冷壁管背火面敷設(shè)有輕質(zhì)保溫材料，每隔一定距離安裝有限制壁面變形的剛性梁，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，其力邊界條件可設(shè)置為：背火面固定約束，向火面面向爐內(nèi)，管壁可自由膨脹，管子兩側(cè)鰭片端面根據(jù)對(duì)稱性設(shè)置為對(duì)稱約束，管內(nèi)流有高壓流體，內(nèi)壁面有壓力載荷。通過(guò)計(jì)算，可得膜式水冷壁管的熱應(yīng)力結(jié)果，如圖3所示。在正常傳熱模式下，膜式水冷壁的應(yīng)力分布與溫度分布相似，呈對(duì)稱分布，其最大熱應(yīng)力位置出現(xiàn)在水冷壁管與鰭片連接的背火側(cè)表面，最大熱應(yīng)力為173.97 MPa。從結(jié)構(gòu)的變形狀態(tài)來(lái)看，管壁兩側(cè)鰭片沿爐墻方向向兩側(cè)膨脹，同時(shí)外壁面有位移限制，使得管子向向火側(cè)進(jìn)行膨脹，膨脹位移極值位于向火側(cè)外壁面頂點(diǎn)。

圖3 正常換熱下膜式水冷壁的應(yīng)力場(chǎng)分布Fig.3 Stress field distribution of membrane water-cooled walls in normal heat exchange

膜式水冷壁爐膛內(nèi)外壁面熱應(yīng)力變化曲線如圖4所示。向火側(cè)與背火側(cè)外壁面熱應(yīng)力呈對(duì)稱分布，其中向火側(cè)外壁面熱應(yīng)力分布相對(duì)均勻，兩側(cè)鰭片中心處熱應(yīng)力最大，隨著趨近于管子中心，熱應(yīng)力逐漸減小，最大熱應(yīng)力為78.54 MPa，最小熱應(yīng)力為43.91 MPa，差值為34.63 MPa。背火側(cè)外壁面鰭片熱應(yīng)力分布初始位置與向火側(cè)外壁面基本相似，然而在鰭片與管子連接部位有一個(gè)熱應(yīng)力突變，由于該部位存在結(jié)構(gòu)奇異性，熱膨脹在此處受到了約束，無(wú)法釋放，導(dǎo)致應(yīng)力出現(xiàn)了極值(173.97 MPa)。過(guò)了應(yīng)力突變點(diǎn)，熱應(yīng)力隨之迅速下降，此區(qū)域溫度分布梯度較小，故而熱應(yīng)力出現(xiàn)了最小值(6.32 MPa)。

圖4 膜式水冷壁爐膛內(nèi)外壁面熱應(yīng)力曲線Fig.4 Thermal stress curves of inner and outer furnace walls of membrane water-cooled wall

結(jié)合溫度場(chǎng)結(jié)果可知：膜式水冷壁的向火側(cè)壁面雖然受到爐膛煙氣熱流沖擊最為劇烈，但向火側(cè)管壁所承受的熱應(yīng)力卻相對(duì)較低；背火側(cè)壁面溫度梯度雖相對(duì)均勻，卻由于鰭片與管子所受的結(jié)構(gòu)限制以及結(jié)構(gòu)奇異性因素，熱應(yīng)力在背火側(cè)外壁面鰭片與管子連接處出現(xiàn)了極大值。可見(jiàn)相對(duì)于溫度梯度來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)的奇異性對(duì)膜式水冷壁熱應(yīng)力的影響更大。

考察熱應(yīng)力沿管壁的分布情況(如圖5所示)，無(wú)論是向火側(cè)管壁還是背火側(cè)管壁，外壁面的熱應(yīng)力總體要小于內(nèi)壁面，從外壁面到內(nèi)壁面熱應(yīng)力逐漸增大。對(duì)比研究向火側(cè)與背火側(cè)管壁熱應(yīng)力結(jié)果：向火側(cè)平均熱應(yīng)力為57.40 MPa，熱應(yīng)力差值為27.10 MPa；背火側(cè)平均熱應(yīng)力為27.30 MPa，熱應(yīng)力差值為17.62 MPa；從背火側(cè)到向火側(cè)，熱應(yīng)力平均值和差值分別增大了110.3%和53.8%。由此可見(jiàn)，水冷壁管子的向火側(cè)管壁承受的熱應(yīng)力相較于背火側(cè)管壁更大，應(yīng)力作用更顯著，在鍋爐燃燒工況變化時(shí)，向火側(cè)管壁出現(xiàn)疲勞損傷的幾率更大，這與實(shí)際運(yùn)行中膜式水冷壁向火側(cè)經(jīng)常出現(xiàn)疲勞裂紋的情況相符；因此，在鍋爐運(yùn)行與檢修過(guò)程中應(yīng)更加關(guān)注水冷壁向火側(cè)管壁的疲勞損傷情況。

圖5 水冷壁管壁熱應(yīng)力分布Fig.5 Thermal stress distribution of water-cooled wall tubes

2.2 熱應(yīng)力的影響因素

根據(jù)熱應(yīng)力產(chǎn)生的機(jī)理，其一方面與結(jié)構(gòu)約束有關(guān)，另一方面與溫度梯度有關(guān)。從上文正常傳熱條件下膜式水冷壁熱應(yīng)力研究來(lái)看，水冷壁管子與鰭片連接部位的奇異性、熱邊界條件對(duì)壁溫分布的作用是決定膜式水冷壁管熱應(yīng)力大小的重要影響因素。

2.2.1 結(jié)構(gòu)奇異性討論

在2.1節(jié)計(jì)算膜式水冷壁整體結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力場(chǎng)時(shí)，鰭片與管子的連接過(guò)渡結(jié)構(gòu)采用的是直角簡(jiǎn)化模型。然而，在膜式水冷壁實(shí)際應(yīng)用結(jié)構(gòu)中，鰭片與水冷壁管子間通過(guò)焊接進(jìn)行連接，并在連接部位通過(guò)圓角圓滑過(guò)渡以降低連接結(jié)構(gòu)的奇異性，從而達(dá)到降低水冷壁管結(jié)構(gòu)應(yīng)力的目的，實(shí)際模型與簡(jiǎn)化模型如圖6所示。

圖6 2種膜式水冷壁模型Fig.6 Two membrane water-cooled wall models

通過(guò)分析圓角不同尺寸情況下，膜式水冷壁結(jié)構(gòu)的最大熱應(yīng)力和對(duì)應(yīng)的最大變形，可得到圓角尺寸與應(yīng)力應(yīng)變的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖7所示。由圖7可見(jiàn)，當(dāng)幾何結(jié)構(gòu)無(wú)圓角(即圓角半徑為0 mm)時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)的最大熱應(yīng)力與最大變形最大，分別為173.97 MPa和2.08 mm，而隨著圓角尺寸的增加，最大熱應(yīng)力與最大變形具有不同的曲線變化形態(tài)。其中最大熱應(yīng)力曲線呈現(xiàn)出快速下降和緩慢下降2個(gè)階段：在圓角尺寸為0～1 mm階段，結(jié)構(gòu)最大熱應(yīng)力快速下降，降幅為32.56 %，并在1 mm時(shí)出現(xiàn)低位拐點(diǎn)，拐點(diǎn)熱應(yīng)力值為117.33 MPa；而在1～10 mm階段，隨著圓角尺寸的增大，最大熱應(yīng)力值降幅相對(duì)緩慢，在10 mm尺寸位置熱應(yīng)力降至111.58 MPa，降幅僅為0.54 %。從最大變形曲線形態(tài)來(lái)看，在相同圓角尺寸變化區(qū)間，隨著圓角尺寸的增加，線條變化較為平緩，始終保持緩慢下降趨勢(shì)，在0～10 mm范圍內(nèi)，最大變形僅減少了0.12 mm，降幅不足6 %。

圖7 膜式水冷壁圓角尺寸與應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系Fig.7 Relationship between rounded angle sizes and stress strains of membrane type water-cooled wall

綜合以上分析可知，膜式水冷壁鰭片與管子的奇異性對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力的影響重大，但對(duì)結(jié)構(gòu)變形影響較弱。對(duì)連接段進(jìn)行圓滑處理，能夠降低結(jié)構(gòu)的的奇異性，避免在結(jié)構(gòu)突變處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，進(jìn)而顯著降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力；但應(yīng)避免過(guò)度增大圓角尺寸，因?yàn)楫?dāng)尺寸大于一定值時(shí)其對(duì)降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力作用有限。

2.2.2 熱邊界條件分析

膜式水冷壁在傳熱過(guò)程中共涉及第2類和第3類2種熱邊界條件，其中熱流密度和表面換熱系數(shù)是最重要的條件參數(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)分布乃至熱應(yīng)力大小有重要影響。圖8顯示了熱流密度、換熱系數(shù)與結(jié)構(gòu)最高溫度的關(guān)系。根據(jù)文獻(xiàn)[14,22]，爐膛熱流密度范圍為30～250 kW/m2，換熱系數(shù)范圍為500～3 500 kW/(m2·℃)。由圖8可見(jiàn)，當(dāng)換熱系數(shù)一定時(shí)，熱流密度與最高溫度呈線性關(guān)系，隨著前者數(shù)值的增大，最高溫度單調(diào)遞增；當(dāng)熱流密度一定時(shí)，換熱系數(shù)與最高溫度呈負(fù)相關(guān)，即換熱系數(shù)越小，最高溫度的增長(zhǎng)速率越快，溫度變化越大，反之，換熱系數(shù)越大，最高溫度減小速率越慢，溫度變化越小。由于換熱系數(shù)的數(shù)值與換熱過(guò)程中流體的物理性質(zhì)、換熱表面的形狀和部位、流體的流速等都有密切關(guān)系[23-24]；因此，在膜式水冷壁換熱過(guò)程中，應(yīng)更為重視管內(nèi)介質(zhì)的運(yùn)行參數(shù)，保證流量、流速等在一個(gè)較高范圍，避免因流動(dòng)性能不足導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)處于低位，進(jìn)而影響水冷壁的正常換熱能力。

圖8 熱邊界條件與溫度的關(guān)系Fig.8 Relationship between thermal boundary conditions and temperatures

15CrMoG在520 ℃以下具有足夠的熱強(qiáng)性和組織穩(wěn)定性，綜合性能良好，無(wú)熱脆性現(xiàn)象，無(wú)石墨化傾向，冷熱加工性能和焊接性能良好，具有較高的持久強(qiáng)度和良好的抗氧化性能，但長(zhǎng)期在500～550 ℃運(yùn)行會(huì)發(fā)生珠光體球化，使強(qiáng)度下降，故標(biāo)準(zhǔn)[25]推薦該材質(zhì)作為受熱面管子使用時(shí)，其壁面溫度應(yīng)不高于550 ℃。

熱流密度和換熱系數(shù)均會(huì)影響最高溫度，應(yīng)控制二者之間的組合使得最高溫度不高于標(biāo)準(zhǔn)限位值，該限位值如圖8中灰色截面所示。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，熱流密度和換熱系數(shù)在形式上具有一定的關(guān)系，當(dāng)最高限位溫度為550 ℃時(shí)，兩者關(guān)系呈一條曲線，而采用Levenberg-Marquardt迭代算法對(duì)此曲線進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，可得到該曲線的表達(dá)模型，見(jiàn)表3。由擬合模型可知，要保證水冷壁管表面最高溫度不超過(guò)限位值，在鍋爐運(yùn)行控制中應(yīng)保證任意時(shí)刻換熱系數(shù)不小于同時(shí)期熱流密度i參與方程計(jì)算的結(jié)果j，否則管子會(huì)發(fā)生超溫，進(jìn)而影響材質(zhì)的高溫?zé)釓?qiáng)性能。該擬合曲線模型對(duì)設(shè)計(jì)鍋爐受熱面超溫控制參數(shù)有一定的參考意義。

表3 擬合曲線模型Tab.3 Fitting curve model

3 結(jié)論

a)膜式水冷壁的溫度場(chǎng)呈對(duì)稱分布，最高溫度出現(xiàn)在鰭片向火側(cè)壁面中點(diǎn)。向火側(cè)管子由外壁到內(nèi)壁呈同心圓分布，溫度逐漸遞減；背火側(cè)管子溫度分布均勻，最低溫度出現(xiàn)在管子內(nèi)壁面中點(diǎn)。

b)膜式水冷壁的熱應(yīng)力場(chǎng)與溫度場(chǎng)相似，呈對(duì)稱分布，最大熱應(yīng)力出現(xiàn)在背火側(cè)管子與鰭片連接表面。向火側(cè)管壁熱應(yīng)力分布相對(duì)均勻，但整體熱應(yīng)力高于背火側(cè)管壁熱應(yīng)力，由外壁面到內(nèi)壁面熱應(yīng)力逐漸增大；背火側(cè)管壁熱應(yīng)力分布差異較大，但整體熱應(yīng)力低于向火側(cè)管壁熱應(yīng)力，由外壁面到內(nèi)壁面熱應(yīng)力逐漸增大。

c)結(jié)構(gòu)的奇異性是決定膜式水冷壁熱應(yīng)力大小的重要因素。通過(guò)對(duì)管子與鰭片連接段進(jìn)行圓滑過(guò)渡，能夠顯著降低結(jié)構(gòu)整體的熱應(yīng)力值，最大降幅可達(dá)32.56 %，但圓角尺寸僅在0～1 mm區(qū)間敏感性較強(qiáng)，超過(guò)1 mm，增大圓角尺寸對(duì)降低熱應(yīng)力作用有限。

d)熱流密度和換熱系數(shù)是影響膜式水冷壁最高溫度的重要參數(shù)，其中熱流密度與最高溫度呈正相關(guān)關(guān)系，而換熱系數(shù)與最高溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系?？蓞⒖妓@的熱流密度與換熱系數(shù)在最高溫度為550 ℃時(shí)的關(guān)系曲線，來(lái)設(shè)定鍋爐控制運(yùn)行參數(shù)。