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1、超临界压力锅炉水冷壁系统布置分析,概述,变压运行超临界直流锅炉水冷壁有两种形式：一种是内螺纹垂直管；另一种是炉膛下部螺旋管圈，上部垂直管。 水冷壁设计最关键的设计参数在于水冷壁管内质量流速的选取。选取较高的质量流速，可保证在任何工况下其质量流速都大于相应热负荷下的最低界限质量流速，保证水冷壁管有足够的冷却能力。提高工质质量流速是改善传热工况，降低管壁温度，推迟、抑制、防止传热发生恶化的最有效方法。 因此对于超临界锅炉水冷壁布置就需要更好的控制其内部工质的动力流速，以及传热温差。而上述的两种布置方式正是由此诞生。,1、螺旋管圈水冷壁,炉膛水冷壁分上下两部分，下部水冷壁采用全焊接的螺旋上升膜式管屏
2、，上部水冷壁采用全焊接的垂直上升膜式管屏，螺旋水冷壁与上部垂直水冷壁的过渡方式采用中间混合集箱形式。 炉膛下部水冷壁（包括冷灰斗水冷壁、中部螺旋水冷壁）都采用螺旋盘绕膜式管圈，从水冷壁进口到折焰角下约3 米处。螺旋水冷壁全部采用六头、上升角60的内螺纹管，共778根，冷灰斗以外螺旋盘绕管圈，倾角为23.578，冷灰斗管屏采用双面坡口型式。,过渡段水冷壁的结构如图55 所示。螺旋水冷壁出口管引出到炉外，进入螺旋水冷壁出口集箱由34 根连接管引入炉两侧的两个混合集箱混合后，再由34 根连接管引入到垂直水冷壁进口集箱。这种结构的过渡段水冷壁可以把螺旋水冷壁的荷载平稳地传递到上部水冷壁。 上炉膛水冷壁
3、采用结构和制造较为简单的垂直管屏。,螺旋管式布置的优点： （1）能根据需要获得足够的重量流速，保证水冷壁的安全运行 （2）管间吸热偏差小 （3）抗燃烧干扰的能力强 （4）可以不设置水冷壁进口的分配节流圈 （5）适应于锅炉变压运行的要求 螺旋管式布置的缺点： （1）因为螺旋管圈的承重能力弱，需要附加的炉室悬吊系统 （2）螺旋管圈制造成本高 （3）螺旋管圈炉膛四角上需要进行大量单弯头焊接对口，及工地 吊装次数的增加等原因，给工地安装增加了难度和工作量 （4）螺旋管圈管子长度较长，阻力较大，增加了给水泵的功耗,2、内螺纹垂直水冷壁,采用内螺纹垂直水冷壁布置可降低工质的质量流速。原因是内螺纹的存在，可
4、以改善水冷壁中工质的动力特性，从而使工质流动受热均匀，可有效避免传热恶化及膜态沸腾的产生，进而保证锅炉安全运行。 水冷壁分成上、下两部分，下部水冷壁包括冷灰斗，上、下部水冷壁之间装设一圈中间混合集箱过渡。炉膛水冷壁采用焊接膜式壁，内螺纹垂直上升式。,水冷壁管组的入口加装节流圈： 节流圈的配置决定了各水冷壁管和管组的工质流量分配,以及不同工况下水冷壁管之间的热偏差. 所以垂直上升管圈水冷壁入口节流阀的节流度配置是垂直管圈水冷壁设计的关键技术,它决定了水冷壁管圈水动力的稳定性和水冷壁运行的经济性. 内螺纹水冷壁： 水冷壁阻力小，可降低给水泵电耗，传热性能好，热应力小等优点,内螺纹水冷壁垂直布置的优
5、点： 1 结构简单，便于安装 2 不需要复杂的张力板结构，启动或负荷变化时热应力较小 3 较好的正向流动特性，在各种工况下保证水动力的稳定性 4 阻力较小，比螺旋管权水冷壁少1/3 5 不易结渣 内螺纹水冷壁垂直布置的缺点： 1 水冷壁管径较细，价格昂贵 2 装设节流孔圈，将增加水冷壁和下集箱的复杂性 3 节流圈的调节复杂，机组容量会受管径限制 4 锅炉节流损失大，效率降低,3、应用与补充,邹县电厂2x100MW超超临界机组锅炉出口蒸汽参数为26.25MPa/605/603，锅炉最大蒸发量3033t/h，锅炉炉膛高度64m，炉膛由下部内螺纹管螺旋水冷壁和上部垂直上升水冷壁组成，两者间由中间混合
6、集箱转换连接，螺旋水冷壁的高度约为43m。邹县电厂超超临界机组锅炉水冷壁的这种下部螺旋管圈-上部普通垂直管圈的型式非常适合于变压运行，其结构特点是：由多管平行组成管带，从炉底下集箱平行引出，盘旋上升，沿炉膛绕1.2圈。在炉膛出口折焰角下面通过中间混合集箱过渡成垂直上升管。在传统螺旋管圈水冷壁的基础上进行了大量的改进，包括在下部炉膛高热负荷区采用内螺纹螺旋绕制的水冷壁结构，优化支吊结构和推广典型设计等，形成了独具特色的适应变压运行的超超临界直流锅炉螺旋管圈结构形式。,4、总结,(1) 将内螺纹管用于螺旋管圈水冷壁,内螺纹管对于强化传热,防止膜态沸腾的效果明显,但是与光管相比,阻力要增加30 %60 % ,而且增加了制造成本,所以,采用内螺纹管制造螺旋管圈水冷壁有值得考虑的必要性. (2) 在水冷壁管的入口加装节流圈调节工质流量分配与热负荷相适应,以达到各水冷壁管出口工质焓一致. (3) 直流锅炉启动系统采用带循环泵的内置式分离器循环系统,这样方面可以减少启动时的热损失, 避免由于热负荷分布不均造成的垂直管屏超温 (4) 对超临界压力直流锅炉炉膛水冷壁内工质质量流速的选取和垂直上升管节流圈的配置应作深入研究. 此外,如何简化螺旋管圈与垂直管圈过渡区的结构,从而降低水冷壁系统的阻力,也是在锅炉设计中应该思考和总结的问题.,谢 谢！,