[發(fā)明專利]低負(fù)荷下高流動穩(wěn)定性的超臨界循環(huán)流化床鍋爐水冷壁

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510830264.4
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN105299634A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐鵬;胡修奎;鞏李明;陳震宇;蘇虎;楊雪芬;薛大勇;聶立;薛燕輝;王鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司
• 主分類號: F23C10/18
• 分類號: F23C10/18
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 管高峰;錢成岑

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種循環(huán)流化床鍋爐，特別是超臨界參數(shù)的循環(huán)流化床鍋爐水冷壁系統(tǒng)。

背景技術(shù)

超臨界鍋爐發(fā)電機(jī)組能夠獲得更高的發(fā)電效率，超臨界循環(huán)流化床鍋爐是指鍋爐輸出的蒸汽的壓力和溫度高于水蒸汽的臨界參數(shù)(22.12MPa，374.15℃)。然而超臨界狀態(tài)下，水和蒸汽沒有物理參數(shù)上的區(qū)別，導(dǎo)致亞臨界參數(shù)以下鍋爐所采用的汽包-下降管-水冷壁-汽包構(gòu)成的自然循環(huán)(或強(qiáng)制循環(huán))水冷壁系統(tǒng)無法采用。超臨界鍋爐水冷壁系統(tǒng)采用一次直流鍋爐，即水冷壁內(nèi)的工質(zhì)(水或者水蒸氣)一次通過水冷壁。水冷壁內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流速相比亞臨界鍋爐自然循環(huán)(或強(qiáng)制循環(huán))更低，水冷壁管被工質(zhì)冷卻的狀況變差，水冷壁管金屬的溫度更高，容易出現(xiàn)超溫?fù)p壞的問題。

超臨界鍋爐水冷壁工質(zhì)一次直流，水冷壁工質(zhì)出口是過熱蒸汽，爐膛水冷壁在不同位置，例如前墻水冷壁，側(cè)墻水冷壁，由于位置不同，長度不同，所吸收的熱量不同，會引起水冷壁管內(nèi)工質(zhì)的溫度不同，引起水冷壁管材料溫度不同。這種溫差如不加以控制，惡劣的情況下會因溫度差異起熱應(yīng)力拉裂、破壞水冷壁管子。

常規(guī)的超臨界煤粉鍋爐水冷壁一般采用“螺旋盤管”的水冷壁結(jié)構(gòu)，減小水冷壁管的流通面積，提高水冷壁管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量流速，同時(shí)螺旋盤管依次經(jīng)過水冷壁的不同位置，盡量均勻吸熱，解決水冷壁安全的問題。超超臨界煤粉鍋爐水冷壁的質(zhì)量流速一般大于1000kg/m².s。

循環(huán)流化床鍋爐因?yàn)闋t膛內(nèi)有大量的循環(huán)物料，靠近水冷壁壁面附近有大量的貼壁下降流物料。螺旋盤管結(jié)構(gòu)水冷壁會被貼壁下降流嚴(yán)重磨損，因而無法在循環(huán)流化床鍋爐上采用。

基于上述原因，超臨界循環(huán)流化床鍋爐水冷壁采用垂直管布置，水冷壁的質(zhì)量流速一般較低，一般小于1000kg/m².s，被稱為“垂直管低質(zhì)量流速”。低質(zhì)量流速的水冷壁系統(tǒng)利用工質(zhì)的“自補(bǔ)償特性”分配水冷壁的流量，使得吸熱強(qiáng)的管子分配到多的流量，增強(qiáng)管子冷卻，降低管壁溫度。

但是，本專利發(fā)明人在研究中卻發(fā)現(xiàn)，采用低質(zhì)量流速的超臨界CFB鍋爐水冷壁存在著較嚴(yán)重的低負(fù)荷下流動穩(wěn)定性差的難題：鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于水冷壁的流量減少，水冷壁管子內(nèi)工質(zhì)(水或者蒸汽，或者兩者的混合物)流動的穩(wěn)定性下降，在受到擾動，例如外部加熱增強(qiáng)，或者流量減少，容易出現(xiàn)工質(zhì)流動速度急劇變化，水被加熱氣化，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)一步阻塞水冷壁管子，引發(fā)流量減少，形成負(fù)向的反饋，最終引發(fā)管壁溫度升高。

因此低質(zhì)量流速的的超臨界CFB鍋爐水冷壁設(shè)計(jì)需要設(shè)法解決在低負(fù)荷時(shí)候流動的穩(wěn)定性問題，防止負(fù)向反饋發(fā)生。然而，如何實(shí)現(xiàn)低質(zhì)量流速條件下，完成低負(fù)荷下高流動穩(wěn)定性的超臨界CFB鍋爐水冷壁設(shè)計(jì)，并沒有相關(guān)的技術(shù)公開。

另外，低質(zhì)量流速的超臨界CFB鍋爐水冷壁采用一次直流鍋爐，即水冷壁內(nèi)的工質(zhì)(水或者水蒸氣)一次通過水冷壁吸熱，直接被加熱成過熱蒸汽。這要求超臨界鍋爐水冷壁的吸熱量比例(約36-40％)比亞臨界水冷壁吸熱比例(小于29％)增加，水冷壁系統(tǒng)必須增加更多的面積才能滿足要求。如果不采取改進(jìn)措施鍋爐水冷壁的高度會增加很快，造成鍋爐造價(jià)的升高。另外循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)換熱依賴于循環(huán)的物料，爐膛高度增加后爐膛上部的循環(huán)物料濃度會降低，水冷壁換熱效果也會下降。因此要設(shè)法增加超臨界循環(huán)流化床鍋爐水冷壁的面積，但不引起爐膛高度快速增加。

在解決水冷壁面積增加方面，現(xiàn)有技術(shù)中存在水冷壁和擴(kuò)展屏串聯(lián)的方案，該方案在爐膛內(nèi)增加屏式擴(kuò)展受熱面，降低了爐膛高度，降低了鍋爐造價(jià)和制造難度。但是這種串聯(lián)結(jié)構(gòu)對水冷壁出口的蒸汽的干度有嚴(yán)格要求，比如“鍋爐30％負(fù)荷工況下，工質(zhì)干度要≥80％”“鍋爐50％負(fù)荷工況下，水冷壁將工質(zhì)加熱為飽和蒸汽”。上述要求使得水冷壁還是必須有足夠的面積，使得爐膛高度降低幅度有限。此外水冷壁和擴(kuò)展屏串聯(lián)，水冷壁系統(tǒng)質(zhì)量流速很高，尤其是擴(kuò)展屏的質(zhì)量流速。質(zhì)量流速增大對降低管壁的溫度作用有限，還會使水冷壁的阻力增加，增大鍋爐給水泵的能耗，降低電廠的經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明的內(nèi)容

本發(fā)明的目的：超臨界CFB鍋爐水冷壁實(shí)現(xiàn)低質(zhì)量流速，同時(shí)解決低質(zhì)量流速下增加水冷壁面積和爐膛高度問題；特別是，解決低質(zhì)量流速的超臨界CFB鍋爐水冷壁在低負(fù)荷下流動穩(wěn)定性下降問題，防止水冷壁系統(tǒng)負(fù)向反饋發(fā)生。

本專利的目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

超臨界CFB鍋爐水冷壁實(shí)現(xiàn)低質(zhì)量流速的方法，步驟為：