直流鍋爐的水冷壁

1、一、水冷壁的工作特點(diǎn)與作用 強(qiáng)化傳熱，減少金屬耗量 保護(hù)爐墻 防止結(jié)渣 懸吊爐墻 蒸發(fā)受熱面 直流鍋爐的水冷壁 第一節(jié) 作用和結(jié)構(gòu)形式 1直流鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1）蒸發(fā)受熱面布置自由 2）沒有汽包，主要是外置式過渡區(qū)和汽水分離器 3）有啟動(dòng)旁路系統(tǒng) 2對(duì)蒸發(fā)受熱面的基本要求 1 原則 1) 管子不被燒壞 2) 能解決膨脹問題 3) 蒸發(fā)受熱面能夠制造出來 4) 制造,安裝方便 2. 安全工作影響因素和解決辦法 1)提高 . 2)加節(jié)流圈. 3)工質(zhì)入口欠焓 4)減小管屏焓增. 三. 早期直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的形式 1 本生型 : 蒸發(fā)受熱面型式為多次垂直上升管屏 2 蘇爾壽型: 蒸發(fā)受熱面型式為多行

2、程迂回管屏 3 拉姆辛型: 蒸發(fā)受熱面型式為水平圍繞管屏 w kgkji5 .167 ctb50 本生型 蘇爾壽型 拉姆辛型 四 現(xiàn)代直流鍋爐蒸發(fā)受熱 面的主要型式 1一次垂直上升管屏(up鍋爐) 該型式鍋爐的壓力既適用于亞臨界,又適 用于超臨界. 2爐膛下部多次上升,上部一次上升管屏 (fw型) 該型式適合于300600mw容量機(jī)組, 且不適宜滑壓運(yùn)行（中間有聯(lián)箱）. 3螺旋式水冷壁管屏 該型式特別適用于滑壓運(yùn)行 爐膛水冷壁：爐膛水冷壁： 下部螺旋盤繞上升下部螺旋盤繞上升 從水冷壁進(jìn)口到折焰 角下一定距離（標(biāo)高 52608.9 mm）處。 上部垂直上升上部垂直上升 均為膜式結(jié)構(gòu)均為膜式結(jié)構(gòu)

3、兩者間由過渡水冷壁兩者間由過渡水冷壁 轉(zhuǎn)換連接。轉(zhuǎn)換連接。 第二節(jié) 超臨界參數(shù)的基本特性 (一) 超臨界壓力水蒸氣的比容、比熱和焓 (二) 亞臨界、超臨界壓力下的水動(dòng)力特性 (三) 超臨界壓力下的傳熱特性 (四) 超臨界壓力下的汽水工況 1比容 (一) 超臨界壓力水蒸氣的比容、比熱和焓 2比熱 3.焓 4超臨界壓力水蒸氣的其它特性 (二) 亞臨界、超臨界壓力下的水動(dòng)力特性 1亞臨界和超臨界壓力下的流動(dòng)穩(wěn)定性 2直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的流體脈動(dòng) 3直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的熱偏差 蒸發(fā)受熱面安全工作問題 安全工作條件 (1) 管壁溫度 小于 材料允許溫度. (2) 相鄰管壁溫度差 50 影響安全工作的因素

4、 保證蒸發(fā)受熱面安全工作原則 (1)減小管壁溫度 (2)減小相鄰管壁溫度差 b t b t c b t b t 1 水動(dòng)力特性不穩(wěn)定性 （一）水平管圈水動(dòng)力特性 水動(dòng)力特性是指在一定熱負(fù)荷情況下，管屏壓 差與流量的關(guān)系。 1) 特性方程式 其中 工質(zhì)在受熱管中的質(zhì)量流 速 雙相流摩擦阻力校正系數(shù) 受熱面平均熱負(fù)荷 進(jìn)口處工質(zhì)欠焓 1 11 2 1 2 1 1 8 ),()()( 2 2 23 rd ql c r i d l b r i q i a pawcwbwap i q w 水動(dòng)力特性曲線 1 3 2 a b c 1 w 2 w 3 w w p 在此圖中，1，3 線為單值特性曲線 2 線為

5、多值特性曲線。 但在實(shí)際中會(huì)出現(xiàn)那種圖形， 取決于特性方程式中，a,b,c這三個(gè) 參數(shù)的取值。 如果出現(xiàn)曲線2所示圖形，就表 在一個(gè)壓差下，對(duì)應(yīng)有23個(gè)流量， 即水動(dòng)力成多值性。 2) 水動(dòng)力特性單值條件 對(duì)特性方程式求導(dǎo)得 進(jìn)口處工質(zhì)欠焓 3 )水動(dòng)力多值性產(chǎn)生的原因 從特性曲線可以看出，曲線2有一下降段ab,即當(dāng) 增加時(shí)， 增加， 減小 ， 減小 ， 減小 ， 減小的 影響比 增加的影響大。 kgkj r i, 1 46. 7 wrs l zf ld xx w （1）工質(zhì)進(jìn)口欠焓。當(dāng) =0 時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)多值性。因?yàn)?當(dāng)沒有熱 水段時(shí)，蒸發(fā)段長(zhǎng) 度不會(huì)發(fā)生變化，蒸發(fā)量不 會(huì)變化。 隨 增加而

6、單 調(diào)上升。 愈大，水動(dòng)力多 值性愈明顯。水動(dòng)力多值性 不會(huì)發(fā)生在只有蒸發(fā)段的管 屏上。 i p w i 4) 影響因素 （2）壓力 。發(fā)生水動(dòng)力 多值性的最根本的原因是 汽水密度不同當(dāng) 增加 時(shí)，（ ）下降， 因此水動(dòng)力特性趨向穩(wěn)定。 pw p p （3）熱負(fù)荷q 。q增加，使 長(zhǎng)度減小，如果沒有熱水 段，一定不出現(xiàn)多值性，故熱水段長(zhǎng)度減小，水動(dòng)力特 性趨向穩(wěn)定。 （4）熱水段阻力。增加熱水段阻力，可以使水動(dòng)力特性 穩(wěn)定。蒸發(fā)段阻力變小對(duì) 影響小 ，趨于穩(wěn)定。 rs l p （5）質(zhì)量流速。質(zhì)量流速越低，工質(zhì)流量分配 越不均勻，越容易發(fā)生水動(dòng)力多值性。 （6）重位壓頭。影響水平管水動(dòng)力特性的

7、因素 同樣也影響著垂直管屏，垂直管屏水動(dòng)力穩(wěn)定 性要求更高。 （7）工質(zhì)大比熱特性。當(dāng)工質(zhì)處于大比熱區(qū)范 圍內(nèi)，且吸熱量同時(shí)增大時(shí)，比容發(fā)生劇烈變 化，引起工質(zhì)的膨漲急劇增大，容易發(fā)生水動(dòng) 力不穩(wěn)定現(xiàn)象。 5) 解決水動(dòng)力穩(wěn)定性的方法 （1）減小 。 （2）增加熱水段阻力采用節(jié)流圈。 （3）提高啟動(dòng)壓力 。 （4）減小熱偏差。 （5）提高質(zhì)量流速 。 （6）控制下輻射區(qū)水冷壁出口溫度。 i p w 流圈阻力特性；3加節(jié)流圈后 的水動(dòng)力特性 2 蒸發(fā)受熱面的脈動(dòng)現(xiàn)象 1).定義：在管屏兩端壓差相同，當(dāng)給水量和流出量基本 不變的情況下，管屏里管子流量隨時(shí)間作周期性波動(dòng) 的現(xiàn)象，叫脈動(dòng)現(xiàn)象。 管間脈

8、動(dòng) 2).脈動(dòng)種類 管屏脈動(dòng) 整體脈動(dòng) 3) 產(chǎn)生脈動(dòng)的原因 1）壓力峰的形成 2）壓力的下降 3）壓力峰重新形成 4 )脈動(dòng)的消除 增大 提高進(jìn)口壓力 增大熱水段阻力采用節(jié)流圈 降低蒸發(fā)點(diǎn)的熱負(fù)荷和熱偏差 防止脈動(dòng)性燃燒 給水泵特性 w 類膜態(tài)沸騰：由于管子內(nèi)壁面附近的流體粘度、比熱、 導(dǎo)溫系數(shù)、密度等物性參數(shù)發(fā)生顯著變化引起的。（流 體邊界層的層流化；紊流邊界層流化） 傳熱惡化發(fā)生在管子入口處和大比熱區(qū) 對(duì)于直流鍋爐，不可能避免傳熱惡化，只有采取推遲和抑 制。主要方法： 1）使用好材料 2）采用內(nèi)螺紋管，螺旋式導(dǎo)流器（擾流子） 3. 超臨界壓力下水冷壁管內(nèi)傳熱 防止傳熱惡化、降低管壁溫度的

9、措施，主要有： (1)采用內(nèi)螺紋管 (2)提高工質(zhì)質(zhì)量流速 一般在可能發(fā)生傳熱惡化的區(qū)段采用內(nèi)螺紋管，由于內(nèi) 螺紋管增加管內(nèi)工質(zhì)的擾動(dòng)，使傳熱惡化大大推遲發(fā)生 在汽泡狀、柱狀、霧狀流動(dòng)時(shí)，提高質(zhì)量流速pw可以 提高臨界熱負(fù)荷，防止膜態(tài)沸騰的發(fā)生 4. 超臨界壓力下的汽水工況 1)鹽類的溶解和沉積 2)鹽類的沉積區(qū)域 3)直流鍋爐的給水標(biāo)準(zhǔn) 1)鹽類的溶解和沉積 現(xiàn)代大容量高參數(shù)直流鍋爐一般均不考慮排污，所以給水 所帶入鹽分或是沉積在受熱面上，或是被蒸汽帶入汽機(jī)，其 鹽分平衡式為: sgs =sq +scd 式中 sgs給水含鹽量，mgkg sq蒸汽中含鹽量，mgkg scd沉積在受熱面上的鹽量

10、，mgkg 2)鹽類的沉積區(qū)域 (1) 在單相的加熱水區(qū)，由于水的密度大，所以溶解度也較 大，所以一般說加熱區(qū)段不沉積鹽分 (2) 蒸發(fā)區(qū)段。由于水溶解鹽類的能力大于飽和蒸汽的溶鹽 能力。隨著蒸發(fā)過程的進(jìn)行，鍋水的鹽分含量不斷增加，當(dāng) 水中的含鹽量超過其溶解度，超出的那一部分就會(huì)以固相析 出在受熱面上。當(dāng)蒸發(fā)結(jié)束時(shí)，鹽分在水中已達(dá)到高度濃縮， 成為鹽分的積聚 (3) 過熱區(qū)段的沉積范圍取決于給水中的含鹽量和各種鹽 類在過熱蒸汽中的溶解度。超臨界壓力時(shí)，蒸汽的產(chǎn)生過 程是沒有蒸發(fā)過程的、是單相水直接變成蒸汽。 3)直流鍋爐的給水標(biāo)準(zhǔn) 鍋爐受熱面內(nèi)沉積和由蒸汽帶人汽機(jī)而沉積在汽機(jī)噴 嘴、葉片上的鹽

11、分，除了與受熱面內(nèi)工質(zhì)的參數(shù)和物理狀 態(tài)有關(guān)外，還與給水中所含鹽量的多少和鹽的組成有很大 關(guān)系。因此在給定參數(shù)下，只有控制直流鍋爐給水品質(zhì)， 才能保證鍋爐與汽機(jī)的要求。 直流鍋爐的給水品質(zhì)指標(biāo)主要包括： 總含鹽量(電導(dǎo)率)，硬度、sio2、cu、fe、o2、ph等 二、超臨界壓力螺旋管水冷壁的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) (一) 超臨界壓力鍋爐水冷壁的整體結(jié)構(gòu) (二)螺旋管圈水冷壁主要組件的結(jié)構(gòu) (三)螺旋管圈的懸吊裝置 (四)剛性梁結(jié)構(gòu) 螺旋管圈水冷壁按冷灰斗的管圈型式以及螺旋管圈上部向 垂直管屏的過渡方式分為兩大類型： 一是垂直管圈冷灰斗加分叉管過渡的型式 二是螺旋冷灰斗加中間混合集箱過渡的型式 (一) 超

12、臨界壓力鍋爐水冷壁的整體結(jié)構(gòu) 后一種組合型式，因?yàn)槁菪浠叶返奈鼰崞钚。捎眠@種 組合型式后，在水冷壁進(jìn)口不裝置節(jié)流圈的情況下也能保證 很小的工質(zhì)出口溫差，中間混合集箱過渡又能在低負(fù)荷時(shí)獲 得均勻汽水兩相分配。而且結(jié)構(gòu)上，下部螺旋管圈和上部垂 直管屏的轉(zhuǎn)換根數(shù)之比沒有限制。 1-水冷壁進(jìn)口環(huán)形集箱 2-螺旋冷灰斗 3-螺旋管圈 4-中間混合集箱 5-垂直管屏 6-折焰角 7-折焰角進(jìn)口集箱 8-折焰角外部連接管 9-后水冷壁懸吊管進(jìn)口集箱 10-后水冷壁懸吊管 11-水冷壁出口集箱 12-水冷壁出口連接管道 13-啟動(dòng)分離器 14-分離器出口連接管道 (二)螺旋管圈水冷壁主要組件的結(jié)構(gòu) 1冷

13、灰斗結(jié)構(gòu) 2燃燒器區(qū)水冷套結(jié)構(gòu) 3下部螺旋管圈向上部垂直管屏的過渡區(qū) 4爐膛上部垂直管屏 1冷灰斗結(jié)構(gòu) 2燃燒器區(qū)水冷套結(jié)構(gòu) 3下部螺旋管圈向上部垂直管屏的過渡區(qū) 4爐膛上部垂直管屏 (三) 螺旋管圈的懸吊裝置 1螺旋管圈與垂直管屏承重特性的區(qū)別 2本水冷壁螺旋管圈的懸吊結(jié)構(gòu) 1螺旋管圈與垂直管屏承重特性的區(qū)別 由于螺旋管圈的承重能力不及垂直管屏，因此 需要在爐室外壁附設(shè)懸吊系統(tǒng)來分擔(dān)爐膛的重 量，這也是螺旋管圈水冷壁的一大缺點(diǎn)。 pg1為一根管子所受的爐膛重量負(fù)載，p為管內(nèi) 工質(zhì)壓力，由管內(nèi)壓力p產(chǎn)生的沿管子切向的 應(yīng)力為軸向應(yīng)力的2倍，要達(dá)到管子的切向和 軸向等強(qiáng)度，管子軸向還有一半的承重

14、裕度。 pg為爐膛的重量負(fù)載，p為管 內(nèi)壓力，p可以分解為垂直于 管子軸線的力pg=pgcos和 沿著管子軸向的力 pg=pgsin pg作用在 管子整個(gè)長(zhǎng)度的縱剖面上。因 此在螺旋管的縱向剖面上的強(qiáng) 度大大地弱于螺旋管的橫向剖 面，這樣就必須要有附加于爐 壁的懸吊裝置來分擔(dān)爐膛重量。 2本水冷壁螺旋管圈的懸吊結(jié)構(gòu) (四) 剛性梁結(jié)構(gòu) 剛性梁的作用是增加鍋爐膜式壁的剛性，保護(hù)膜 式壁管子。鍋爐的膜式壁運(yùn)行時(shí)本身受內(nèi)壓作用，同 時(shí)又受到爐內(nèi)煙氣壓力的作用，還要考慮到壁面承受 風(fēng)載和發(fā)生地震時(shí)的鍋爐懸吊受熱面的質(zhì)量力的作用， 另外還要考慮各類事故工況，如爐膛熄火，但引風(fēng)機(jī) 還在抽吸時(shí)所謂負(fù)爆現(xiàn)象。 11900t/l超臨界壓力鍋爐剛性梁特點(diǎn) wlpb和wipbl分別為用ipb和ipbl工字鋼加工成的 復(fù)板上有六角孔的工字鋼，這樣做的目的是減輕剛性梁 的重量，這是本剛性梁的特點(diǎn) 該鍋爐的剛性梁可分為下列幾部分：標(biāo)高17745mm 以下為冷灰斗剛性梁，標(biāo)高17745至46901mm之間為螺 旋管圈剛性梁，標(biāo)高54500至69200mm之間為水平煙