[發明專利]一種非均勻管徑內螺紋管垂直管屏水冷壁布置方法

有效

• 申請號: 201210316235.2
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102798114A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 閆凱;張翔;烏曉江;張建文
• 申請（專利權）人: 上海鍋爐廠有限公司
• 主分類號: F22B37/10
• 分類號: F22B37/10
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

技術領域

本發明涉及一種鍋爐水冷壁布置方法，尤其涉及一種非均勻管徑內螺紋管垂直管屏水冷壁布置方法。

背景技術

我國一次能源消耗以煤炭為主，燃煤發電量占總發電量的75％左右。由于電力是最大的煤炭用戶，保障燃煤電廠鍋爐的安全運行，減少由于熱偏差引起的水冷壁爆管事故是提高煤炭利用率一個主要途徑。當前我國發電站在朝著高參數、大容量和大型化的超超臨界機組方向發展。無論采用四角切圓燃燒方式、旋流燃燒方式還是前后墻對沖燃燒方式，爐膛均避免不了熱負荷分布不均勻的問題，在實際運行中很容易導致水冷壁內的工質發生流量偏差和工質溫度不均勻，嚴重時能夠造成水冷壁局部管壁超溫爆管事故。

當前我國火力發電主要以超臨界鍋爐為主。對于超臨界鍋爐，鍋爐設計中主要采用兩種方法來消除熱偏差，即下爐膛采用螺旋管圈水冷壁以及加裝節流圈等。二者各有優缺點。螺旋管圈水冷壁對管子制造公差所引起的水動力偏差的敏感性較小，運行中不易堵塞，各根管受熱較均勻，管間溫度偏差小，在所有負荷范圍內均高于由偏離核態沸騰(DNB)所決定的界限質量流速，能安全地用于變壓運行。螺旋管圈水冷壁的缺點是：管內質量流速大，爐膛水冷壁系統的流動阻力大，增加了給水泵的功率消耗；水冷壁管螺旋傾斜上升，在水冷壁上設計開孔很困難，由于容量的進一步增大受到螺旋管圈水冷壁吊掛結構復雜化和管帶過寬熱偏差增大的限制；水冷壁系統結構復雜、爐墻密封性較差；水冷壁支撐和剛性梁結構復雜；螺旋管圈水冷壁的維護和檢修比垂直管屏水冷壁復雜。與螺旋上升管圈水冷壁相比，由內螺紋管組成的垂直管屏水冷壁克服了螺旋上升管圈水冷壁的缺點，有其自身的優點：內螺紋管具有良好的傳熱特性，能維持核態沸騰，從而抑制金屬溫度的升高；由于內螺紋管的傳熱強化作用，可在水冷壁中采用較低質量流速，因此水冷壁阻力較小；安裝焊縫少，大大減少了安裝工作量；水冷壁本身、支撐結構和剛性梁結構簡單；維護和檢修較易；檢查和更換管子較方便，安裝焊口數量較少。垂直管屏水冷壁也存在著難以克服的缺點：水冷壁管徑細，熱敏感性強；對運行控制要求高且內螺紋管造價較高；需要裝設節流孔圈，增加了水冷壁下集箱結構的復雜性；在運行特性方面不如螺旋管圈水冷壁，由于受到管徑的限制，在較低負荷運行時，較難保證必要的質量流速；垂直管屏沿爐膛周界和各面墻的水冷壁出口溫度的偏差較螺旋管圈要大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為了降低鍋爐的維護費用和鍋爐運行的復雜程度，同時又要兼顧爐膛水動力的安全，提供一種既能安裝維護方便、低成本運行、運行要求低的鍋爐水冷壁布置形式。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種非均勻管徑內螺紋管垂直管屏水冷壁布置方法，其特征在于：采用垂直管屏一次上升水冷壁，垂直管屏采用非均勻管徑的內螺紋管；將垂直管屏沿爐膛寬度或深度方向劃分為多組水冷壁管屏組，每組水冷壁管屏組由具有相同平均內徑的內螺紋管組成，根據具體情況，每組水冷壁管屏組的寬度在1～8m范圍內；每組水冷壁管屏組中各內螺紋管的最大、最小流量與其平均流量的差值不超過其平均流量的5％；

各組水冷壁管屏組的內螺紋管的平均內徑原則上與熱負荷分布呈正向相關；位于爐膛熱負荷較高的爐墻區域的水冷壁管屏組采用較大平均內徑的內螺紋管，位于爐膛熱負荷較低的爐墻區域的水冷壁管屏組采用較小平均內徑的內螺紋管；

各組水冷壁管屏組的內螺紋管的平均內徑根據各內螺紋管由于受熱不均勻所引起的不同阻力來確定，保證熱負荷高的水冷壁管屏組的單管平均流量大于熱負荷低的水冷壁管屏組的單管平均流量，且水冷壁管屏組的單管平均流量與整個垂直管屏的單管平均流量的差值不超過整個垂直管屏的單管平均流量的10％。

優選地，各所述內螺紋管與其相鄰的內螺紋管內工質的溫差不大于50℃。

優選地，各所述內螺紋管的壁厚須保證管道能夠承受管內工質壓力所產生的應力。

優選地，各所述內螺紋管的平均內徑采用充水法來確定。

優選地，所述水冷壁采用低質量流速垂直水冷壁管屏，保證質量流速在300～1500kg/(m²·s)的范圍內。

本發明采用非均勻管徑內螺紋管垂直管屏水冷壁，使水冷壁垂直管屏各管內的工質流量分配更加合理，減小了各管內工質的溫度偏差，降低了水冷壁發生爆管事故的風險。垂直上升管屏水冷壁使支撐結構和剛性梁結構簡單；維護和檢修較易；檢查和更換管子較方便，降低了鍋爐的制造維護成本。本發明省去了傳統水冷壁下部的節流圈，同時管內工質為中低質量流速，降低了水冷壁的壓降和水泵功耗，節約了鍋爐的運行成本。

附圖說明