MW炉膛水冷壁设计特点.docVIP

专题说明4：炉膛水冷壁设计特点 炉膛水冷壁采用日立-巴布科克公司()成熟的布置方式和结构形式，使其可靠性高、经济性好和对变压运行负荷适应性强。日立-巴布科克公司()为本工程提供的锅炉方案炉膛水冷壁具有如下特点： 按日立-巴布科克 设计思想 在超临界本生型直流锅炉的设计中，与其它炉型差异最大之处就在于炉膛水冷壁的设计。炉膛水冷壁实际吸热量份额的大小往往受煤种、炉膛结渣程度、燃烧器投入层数、变压运行负荷以及切高加等因素的影响。由于低压运行时蒸汽比容大，比热小，因此当水冷壁吸热量偏差设计值较大时，更会造成不良后果。炉膛水冷壁的设计主要考虑以下几点： 随着负荷降低，工作条件极为恶劣的水冷壁中，质量流速也按比例下降。在直流方式下，工质流动的稳定性受到影响，为了防止出现流动的多值性不稳定现象，须限定最低直流运行负荷时的质量流速。 在进入临界压力点以下低负荷运行时，与亚临界机组一样，必须重视水冷壁管内两相流的传热和流动，要防止发生膜态沸腾导致水冷壁管金属超温爆管。 负荷降低后，炉膛水冷壁的吸热不均将加大，须注意防止它引起水冷壁管圈吸热不均导致温度偏差增大。 在整个变压运行中，蒸发点的变化，使单相和两相区水冷壁金属温度将变化，须注意水冷壁及其刚性梁体系的热膨胀设计，并防止频繁变化引起承压件上出现疲劳破坏。 由于降低负荷后，省煤器段的吸热量减少，按B-MCR工况设计布置的省煤器在低负荷时有可能出现出口处汽化，它将影响水冷壁流量分配，导致流动工况恶化。 炉膛水冷壁主要特点概述 处于炉膛高热负荷区域的下部水冷壁，采用螺旋盘绕水冷壁，以减少下部水冷壁的温度偏差。起汽水分离作用的启动分离器装设在顶棚进口，其在最低直流负荷以下的循环模式时运行，水冷壁出口进入启动分离器的工质具有一定的过热度。 炉膛水冷壁采用膜式壁以确保炉膛烟气的严密不泄漏性。 扁钢和管子得材质使相互间热膨胀一致。扁钢的宽度能适于变压运行，并可确保在任何运行工况下，鳍端温度低于材料的最高允许温度。 由于同一管带中管子以相同方式绕过炉膛的角隅部份和中间部份，因此所有水冷壁管的流量和受热均匀，保证沿炉膛四周的吸热基本相同，使得水冷壁出口的介质温度和金属温度非常均匀，为机组调峰安全可靠地运行提供了保证。下图为采用不同的水冷壁形式下，出口工质温度偏差比较。 炉膛采用螺旋盘绕的水冷壁结构，使其在各种工况特别是启动和低负荷工况下让各水冷壁管内具有足够的质量流速，管间吸热均匀，防止亚临界压力下出现偏离核态沸腾（DNB），超临界压力下出现类核态沸腾（DNB），减小炉膛出口工质温度偏差，以及水动力不稳定等传热恶化工况。水冷壁具有足够的动压头，也可避免如停滞、倒流、流动多值性等水循环不稳定问题的发生。这种布置结构简单，维护工作量小，即不需要变径的节流圈或阀门，同时也不必在水冷壁进口设专门给水流量平衡调节分配装置。水冷壁采用内螺纹管，当流经管子的水速较低时，可达到较高的管内传热系数，若使用光管要达到同样的传热系数，则须提高管内水速，因此，采用内螺纹管由于其管内水速低可以降低水冷壁的压降。 总之，为了防止水冷壁工作可靠性降低，BHK的变压运行超临界本生直流炉在下部炉膛和冷灰斗都采用带内螺纹的螺旋盘绕管圈的结构形式，已取得了很大成功。螺旋管圈的设计，是为了在直流炉中负荷减少时，既减少了工质流量又能充分冷却炉膛水冷壁，螺旋管圈炉膛的基本原理就是减少组成炉膛水冷壁管子的数量，保持较高的质量流速，又不加大管子之间的节距，使管子和肋片的金属壁温在任何工况下都安全，于是将管子以一定倾角沿炉膛四周向上盘绕就能做到这一点。因此螺旋管圈水冷壁设计达到这样两个目的： 减少各管屏的管子数量，提高管内质量流速，避免管壁金属发生过热和超温。 使每根管子都经过炉膛的四面墙就可把管子间的吸热偏差减至最小程度。 所有的水冷壁管都是按工质向上流动而布置。 水冷壁的布置 对大容量锅炉水冷壁，螺旋盘绕管和垂直上升管两种布置都是可行的。在本工程设计中，炉膛由下部螺旋盘绕上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁两个不同的结构组成，都采用膜式结构，两者间由过渡水冷壁转换连接。炉膛水冷壁总体布置如下图。 水冷壁总体布置图 下部水冷壁 经省煤器加热后的给水，通过下降管及下水连接管进入炉膛水冷壁。炉膛下部水冷壁都采用螺旋盘绕膜式管圈，包括冷灰斗水冷壁，从水冷壁进口到折焰角水冷壁下一定距离。冷灰斗的角度为55°，除渣口的喉口宽度约为1.24米，管子规格Φ38.1×6.7，管子节距50.8、51.1，材料为SA-213T2；膜式扁钢厚δ6，材料为SA-387Gr2。冷灰斗以外螺旋盘绕管圈，倾角大约19.5°，管子规格Φ38.1×6.7，管子节距50.8，材料为SA-213T2；膜式扁钢厚δ6，材料为SA-387Gr2。螺旋冷灰斗的结构图如下： 冷灰斗结构简图 过渡段水冷壁 由