1000MW超超臨界鍋爐的水冷壁結(jié)構(gòu)

1、NCEPUNCEPU 1000MW1000MW超超臨界鍋爐的水冷壁結(jié)構(gòu)超超臨界鍋爐的水冷壁結(jié)構(gòu) 華北電力大學(xué)華北電力大學(xué) 李斌李斌 NCEPUNCEPU 名稱名稱哈鍋哈鍋東鍋東鍋上鍋上鍋 爐型型爐爐塔式爐 燃燒方式八角雙切圓燃燒前后墻對(duì)沖四角切圓 水冷壁形式水冷壁形式垂直管圈帶中間垂直管圈帶中間 混合聯(lián)箱混合聯(lián)箱 螺旋管圈螺旋管圈+上部上部 垂直管屏垂直管屏 螺旋管圈螺旋管圈+上部垂直上部垂直 管屏管屏 啟動(dòng)系統(tǒng)分離器/儲(chǔ)水箱+ 啟動(dòng)循環(huán)泵 分離器/儲(chǔ)水箱+ 啟動(dòng)循環(huán)泵 分離器/儲(chǔ)水箱、疏 水泵+啟動(dòng)循環(huán)泵 過(guò)熱器調(diào)溫方 式 煤水比+三級(jí)噴水 減溫+燃燒器擺角 煤水比+二級(jí)噴 水減溫 煤水比+

2、二級(jí)噴水減 溫+燃燒器擺角 再熱器調(diào)溫方 式 煙氣擋板+燃燒器 擺角+事故噴水 煙氣擋板+事故 噴水 燃燒器擺角+事故噴 水 三大鍋爐廠三大鍋爐廠1000MW超超臨界鍋爐技術(shù)特點(diǎn)超超臨界鍋爐技術(shù)特點(diǎn) NCEPUNCEPU 采用螺旋管圈垂直管圈方式采用螺旋管圈垂直管圈方式 v 爐膛水冷壁采用螺旋管爐膛水冷壁采用螺旋管 圈垂直管圈方式（即下圈垂直管圈方式（即下 部爐膛的水冷壁采用螺旋部爐膛的水冷壁采用螺旋 管圈（內(nèi)螺紋管），上部管圈（內(nèi)螺紋管），上部 爐膛的水冷壁為垂直），爐膛的水冷壁為垂直）， 保證質(zhì)量流速符合要求。保證質(zhì)量流速符合要求。 v 水冷壁采用全焊接的膜水冷壁采用全焊接的膜 式水冷壁式

3、水冷壁 v 水冷壁采用一次中間混水冷壁采用一次中間混 合聯(lián)箱來(lái)實(shí)現(xiàn)螺旋管至垂合聯(lián)箱來(lái)實(shí)現(xiàn)螺旋管至垂 直水冷壁管的過(guò)渡直水冷壁管的過(guò)渡 NCEPUNCEPU 吸熱不均的爐膛和螺旋水冷壁吸熱不均的爐膛和螺旋水冷壁 v 傾斜上升的水冷壁管保證每根管都通過(guò)爐膛不同受熱區(qū)域。傾斜上升的水冷壁管保證每根管都通過(guò)爐膛不同受熱區(qū)域。 水冷壁傾斜管環(huán)繞圈數(shù)為水冷壁傾斜管環(huán)繞圈數(shù)為1 1周，每根蒸發(fā)器管通過(guò)爐膛熱周，每根蒸發(fā)器管通過(guò)爐膛熱 和冷的區(qū)域，結(jié)果是水冷壁均勻吸熱和冷的區(qū)域，結(jié)果是水冷壁均勻吸熱, ,不受火球位置影響，不受火球位置影響， 水冷壁出口溫度較為均勻。水冷壁出口溫度較為均勻。 REARWALLR

4、IGHT SIDEWALL Inclined tubing LEFT SIDEWALLFRONTWALL NCEPUNCEPU 燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器燃燒器 水冷壁出口水冷壁出口 介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度 垂直管布置水冷壁垂直管布置水冷壁螺旋上升式水冷壁螺旋上升式水冷壁 熱負(fù)荷熱負(fù)荷 前墻側(cè)墻后墻側(cè)墻前墻側(cè)墻后墻側(cè)墻 流向流向 流向流向 流向流向 流向流向 NCEPUNCEPU 螺旋管圈數(shù)量與爐膛周界關(guān)系螺旋管圈數(shù)量與爐膛周界關(guān)系 v 管子根數(shù) N為并列螺旋管根數(shù)；L為 爐膛周界；a為螺旋管上升 角；t為水冷壁管子節(jié)距。 sinL N t NCEPUNCEPU 自由選擇管子尺寸和數(shù)

5、量： 布置與選擇管徑靈活，易于獲得 足夠的質(zhì)量流速 螺旋管圈水冷壁所需管子根數(shù)和管 徑，可通過(guò)改變管子水平傾斜角度來(lái)調(diào) 整，使之獲得合理的設(shè)計(jì)值，以確保鍋 爐安全運(yùn)行與水冷壁自身的剛性。 管子根數(shù)大大減少，而且這種減少 水冷壁管子根數(shù)的辦法不加大管子之間 的節(jié)距，使管子和肋片的金屬壁溫在任 何工況下都安全。 NCEPUNCEPU v螺旋管圈盤繞的圈數(shù)螺旋管圈盤繞的圈數(shù) 這與螺旋角和爐膛高度有關(guān)。圈數(shù)太少會(huì)部分喪失螺這與螺旋角和爐膛高度有關(guān)。圈數(shù)太少會(huì)部分喪失螺 旋管圈在減少吸熱偏差方面的效益；旋管圈在減少吸熱偏差方面的效益； 圈數(shù)太多會(huì)增加水冷壁的阻力從而增加水泵功耗，而圈數(shù)太多會(huì)增加水冷壁的

6、阻力從而增加水泵功耗，而 且在減少吸熱偏差的效益方面增益不大。且在減少吸熱偏差的效益方面增益不大。 合理的盤繞圈數(shù)的推薦值是合理的盤繞圈數(shù)的推薦值是1.5-2.51.5-2.5圈左右。圈左右。 NCEPUNCEPU 北疆電廠螺旋管圈數(shù)為北疆電廠螺旋管圈數(shù)為1.201.20圈圈 NCEPUNCEPU 內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁內(nèi)螺紋螺旋管圈水冷壁: : 采用內(nèi)螺紋管，提高水冷壁安全裕度采用內(nèi)螺紋管，提高水冷壁安全裕度 技術(shù)特點(diǎn)： 采用管螺旋管圈 控制合理的設(shè)計(jì)平均質(zhì)量流速，防 止亞臨界狀態(tài)下的傳熱惡化，提高高負(fù) 荷下的安全裕度。 選取較高的質(zhì)量流速 較高的流速可以確保更高的傳熱性能 和流動(dòng)可靠性，確保

7、水冷壁有較高的安 全性和較大的安全裕度。 結(jié)論：通過(guò)采用內(nèi)螺紋管及選取合適的質(zhì)量流 速，水冷壁安全裕度得到極大的提高，汽水阻 力僅增加約10%。 NCEPUNCEPU 內(nèi)螺紋管結(jié)構(gòu)內(nèi)螺紋管結(jié)構(gòu) NCEPUNCEPU 內(nèi)螺紋管防止傳熱惡化的機(jī)理內(nèi)螺紋管防止傳熱惡化的機(jī)理 螺旋管圈+內(nèi)螺紋管 漩渦效果 重力作用 管子內(nèi)表面充滿了液體 NCEPUNCEPU （二）下部螺旋管圈向上部垂直管屏的過(guò)渡區(qū)（二）下部螺旋管圈向上部垂直管屏的過(guò)渡區(qū) 為了便于水冷壁的懸吊，再加上爐膛上部熱負(fù)荷低，為了便于水冷壁的懸吊，再加上爐膛上部熱負(fù)荷低， 垂直管屏內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流速已足以冷卻管壁，因此螺垂直管屏內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流速

8、已足以冷卻管壁，因此螺 旋管圈通常在折焰角下方轉(zhuǎn)換成垂直管屏。旋管圈通常在折焰角下方轉(zhuǎn)換成垂直管屏。 螺旋管向垂直管的過(guò)渡是依靠特殊鑄造的單彎頭、雙螺旋管向垂直管的過(guò)渡是依靠特殊鑄造的單彎頭、雙 彎頭以及中間混合集箱及其引入、引出管來(lái)實(shí)現(xiàn)。彎頭以及中間混合集箱及其引入、引出管來(lái)實(shí)現(xiàn)。 NCEPUNCEPU 螺旋水冷壁螺旋水冷壁 垂直水冷壁垂直水冷壁 混合集箱混合集箱 垂直水冷壁入口集箱垂直水冷壁入口集箱 NCEPUNCEPU 垂直水冷壁 螺旋水冷壁出口 垂直水冷壁進(jìn)口 螺旋水冷壁 NCEPUNCEPU NCEPUNCEPU 下部螺旋水冷壁管屏帶彎頭出廠 NCEPUNCEPU 現(xiàn)場(chǎng)水冷壁的布置圖

9、 NCEPUNCEPU NCEPUNCEPU 螺旋管圈水冷壁 NCEPUNCEPU 螺旋管圈的支撐螺旋管圈的支撐 v 垂直管圈爐膛水冷壁本身就作支吊件，支承爐膛荷重。 v 而近乎水平的螺旋管圈水冷壁的重量通過(guò)張力扳張力扳將力傳遞 至爐膛上部垂直水冷壁。 v 張力扳的橫向節(jié)距為1500mm，板厚12mm，板寬2100mm， 由平行的兩塊板組成。在兩塊板間沿管子軸線方向間距 400500mm布置的梳形板作為管子與張力板間的連接件， 其作用是一方面?zhèn)鬟f水冷壁的重力，另一方面起熱橋的作 用，將水冷壁的熱量傳遞給張力板，使張力板的溫度與水 冷壁溫度有良好的跟隨性，以減少二者間存在的溫度應(yīng)力。 NCEPU

10、NCEPU v 張力扳的橫向節(jié)距為張力扳的橫向節(jié)距為1500mm1500mm，板厚，板厚12mm12mm，板寬，板寬2 2100mm100mm，由平行的兩塊板組，由平行的兩塊板組 成。在兩塊板間沿管子軸線方向間距成。在兩塊板間沿管子軸線方向間距400400500mm500mm布置的梳形板作為管子與張布置的梳形板作為管子與張 力板間的連接件，其作用是一方面?zhèn)鬟f水冷壁的重力，另一方面起熱橋的作力板間的連接件，其作用是一方面?zhèn)鬟f水冷壁的重力，另一方面起熱橋的作 用，將水冷壁的熱量傳遞給張力板，使張力板的溫度與水冷壁溫度有良好的用，將水冷壁的熱量傳遞給張力板，使張力板的溫度與水冷壁溫度有良好的 跟隨性

11、，以減少二者間存在的溫度應(yīng)力跟隨性，以減少二者間存在的溫度應(yīng)力。 NCEPUNCEPU SPI RAL W ALL SUPPO RTSPI RAL W ALL SUPPO RT Spiral to Vertical Transition Area - Load Transfer SPI RAL W ALL SUPPO RTSPI RAL W ALL SUPPO RT Spiral to Vertical Transition Area - Load Transfer NCEPUNCEPU 上部垂直水冷壁的出口支吊方式上部垂直水冷壁的出口支吊方式 NCEPUNCEPU 小結(jié)小結(jié) 布置與選擇管徑靈

12、活，易于獲得足夠的質(zhì)量流速 螺旋管圈水冷壁所需管子根數(shù)和管徑，可通過(guò)改變管子水平傾斜角 度來(lái)調(diào)整，使之獲得合理的設(shè)計(jì)值，以確保鍋爐安全運(yùn)行與水冷壁自 身的剛性。 管子根數(shù)大大減少，而且這種減少水冷壁管子根數(shù)的辦法不加大管 子之間的節(jié)距，使管子和肋片的金屬壁溫在任何工況下都安全 NCEPUNCEPU v 采用管螺旋管圈 控制合理的質(zhì)量流速，防止亞臨界狀態(tài)下的傳熱惡化，提高高負(fù)荷下的安全 裕度。 v 選取較高的質(zhì)量流速 較高的流速可以確保更高的傳熱性能和流動(dòng)可靠性，確保水冷壁有較高的安 全性和較大的安全裕度。 通過(guò)采用內(nèi)螺紋管及選取合適的質(zhì)量流速，水冷壁安全裕度得到極大 的提高。 內(nèi)螺紋螺旋管圈水

13、冷壁: 管間吸熱偏差小，適應(yīng)變壓運(yùn)行 NCEPUNCEPU 垂直管圈水冷壁 v優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：在滿足水冷壁安全可靠的前提下，垂直管 圈方案相比于螺旋管方案具有以下優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于安裝。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于安裝。 不需用復(fù)雜的張力板結(jié)構(gòu)，啟動(dòng)或負(fù)荷變化時(shí)熱應(yīng)力不需用復(fù)雜的張力板結(jié)構(gòu)，啟動(dòng)或負(fù)荷變化時(shí)熱應(yīng)力 較小。較小。 較好的正向流動(dòng)特性，在各種工況下保證水動(dòng)力的穩(wěn)較好的正向流動(dòng)特性，在各種工況下保證水動(dòng)力的穩(wěn) 定性。定性。 阻力較小，比螺旋管圈水冷壁少阻力較小，比螺旋管圈水冷壁少1/31/3。 NCEPUNCEPU 玉環(huán)電廠玉環(huán)電廠1000MW1000MW超超臨界鍋爐的改進(jìn)超超臨界鍋爐的改進(jìn) v 傳統(tǒng)的一次上升垂直水冷壁的基礎(chǔ)上，玉環(huán)電廠鍋爐加裝傳統(tǒng)的一次上升垂直水冷壁的基礎(chǔ)上，玉環(huán)電廠鍋爐加裝 了帶有二級(jí)分配器的水冷壁中間集箱，以降低水冷壁出口了帶有二級(jí)分配器的水冷壁中間集箱，以降低水冷壁出口 沿爐膛周界的工質(zhì)溫度偏差，根據(jù)沿爐膛周界的工質(zhì)溫度