直流爐水冷壁

1、一、水冷壁的工作特點與作用 強化傳熱，減少金屬耗量 保護爐墻 防止結渣 懸吊爐墻 蒸發(fā)受熱面直流鍋爐的水冷壁第一節(jié) 作用和結構形式直流鍋爐結構特點 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）有啟動旁路系統(tǒng)對蒸發(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)受熱面型式為多行程迂回管屏 3

2、 拉姆辛型: 蒸發(fā)受熱面型式為水平圍繞管屏 wkgkJi5 .167Ctb50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.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容量機組,且不適宜滑壓運行（中間有聯(lián)箱）.螺旋式水冷壁管屏 該型式特別適用于滑壓運行爐膛水冷壁：爐膛水冷壁： 下部螺旋盤繞上升下部螺旋盤繞上升 從水冷壁進口到折焰角下一定距離（標高52608.9 mm）處。 上部垂直上升上部垂直上升 均為膜式結構均為膜式結構 兩者間由過渡水冷壁兩者間由過渡水冷壁轉換連接。轉換連

3、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力特性1亞臨界和超臨界壓力下的流動穩(wěn)定性2直流鍋爐蒸發(fā)受熱面的流體脈動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 btbtCb

4、tbt1 水動力特性不穩(wěn)定性（一）水平管圈水動力特性 水動力特性是指在一定熱負荷情況下，管屏壓差與流量的關系。 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) 受熱面平均熱負荷 進口處工質(zhì)欠焓 111212118),()()(2223rdqLCridLBriqiAPawCwBwApiqw水動力特性曲線132abc1w2w3wwp在此圖中，1，3 線為單值特性曲線 2 線為多值特性曲線。 但在實際中會出現(xiàn)那種圖形，取決于特性方程式中，A,B,C這三個參數(shù)的取值。 如果出現(xiàn)曲線2所示圖形，就表在一個壓差下，對應有23個流量，即水動力成多值性。 2) 水動力特性單值條件 對

5、特性方程式求導得 進口處工質(zhì)欠焓3 )水動力多值性產(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 增加時， 增加， 減小 ， 減小 ， 減小 ， 減小的影響比 增加的影響大。 kgkJri,146. 7 wrsLzfLDXXw（1）工質(zhì)進口欠焓。當 =0 時，不會出現(xiàn)多值性。因為當沒有熱 水段時，蒸發(fā)段長度不會發(fā)生變化，蒸發(fā)量不會變化。 隨 增加而單調(diào)上升。 愈大，水動力多值性愈明顯。水動力多值性不會發(fā)生在只有蒸發(fā)段的管屏上。ipwi4) 影響因素（2）壓力 。發(fā)生水動力多值性的最根本的原因是汽水密度不同當 增加時，（ ）下降，因此水動力特性趨向穩(wěn)定。pwpp （3）熱負荷Q 。Q

6、增加，使 長度減小，如果沒有熱水段，一定不出現(xiàn)多值性，故熱水段長度減小，水動力特性趨向穩(wěn)定。（4）熱水段阻力。增加熱水段阻力，可以使水動力特性穩(wěn)定。蒸發(fā)段阻力變小對 影響小 ，趨于穩(wěn)定。rsLp（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)生水動力多值性。（6）重位壓頭。影響水平管水動力特性的因素同樣也影響著垂直管屏，垂直管屏水動力穩(wěn)定性要求更高。（7）工質(zhì)大比熱特性。當工質(zhì)處于大比熱區(qū)范圍內(nèi)，且吸熱量同時增大時，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)生水動力不穩(wěn)定現(xiàn)象。5) 解決水動力穩(wěn)定性的方法（1）減小 。（2）增加熱水段阻力采用節(jié)流圈。（3）提高啟動壓力 。（4

7、）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。ipw流圈阻力特性；3加節(jié)流圈后的水動力特性2 蒸發(fā)受熱面的脈動現(xiàn)象1).定義：在管屏兩端壓差相同，當給水量和流出量基本不變的情況下，管屏里管子流量隨時間作周期性波動的現(xiàn)象，叫脈動現(xiàn)象。 管間脈動2).脈動種類 管屏脈動 整體脈動3) 產(chǎn)生脈動的原因 1）壓力峰的形成 2）壓力的下降 3）壓力峰重新形成4 )脈動的消除 增大 提高進口壓力 增大熱水段阻力采用節(jié)流圈 降低蒸發(fā)點的熱負荷和熱偏差 防止脈動性燃燒 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

8、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，使傳熱惡化大大推遲發(fā)生 在汽泡狀、柱狀、霧狀流動時，提高質(zhì)量流速pw可以 提高臨界熱負荷，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)直流鍋爐的給水標準1)鹽類的溶解和沉積 現(xiàn)代大容

9、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，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，mgkg2)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)過程的進行，鍋水的鹽分含量不斷增加，當水中的含鹽量超過其溶解度，超出的那一部分就會以固相析出在受熱面上。當蒸發(fā)結束時，鹽分在水中已達到高度濃縮，成為鹽分的積聚(3) 過熱區(qū)段的沉積范圍取決于

10、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，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)直流鍋爐的給水標準 鍋爐受熱面內(nèi)沉積和由蒸汽帶人汽機而沉積在汽機噴嘴、葉片上的鹽分，除了與受熱面內(nèi)工質(zhì)的參數(shù)和物理狀態(tài)有關外，還與給水中所含鹽量的多少和鹽的組成有很大關系。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的要求。 直流鍋爐的給水品質(zhì)指標主要包括： 總含鹽量(電導率)，硬度、SiO2、Cu、Fe、O2、pH等二、超臨界壓力螺旋管水冷壁的結構及特點 (一) 超臨界壓力鍋爐水冷壁的整體結構 (二)螺旋管圈水冷壁主要組件的結構 (三)螺旋管圈的懸吊裝置(四

11、)剛性梁結構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) 超臨界壓力鍋爐水冷壁的整體結構后一種組合型式，因為螺旋冷灰斗的吸熱偏差小，采用這種組合型式后，在水冷壁進口不裝置節(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荷時獲得均勻汽水兩相分配。而且結構上，下部螺旋管圈和上部垂直管屏的轉換根數(shù)之比沒有限制。1-水冷壁進口環(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-折焰角進口集箱8-折焰角外部連接管9-后水冷壁懸吊管進口集箱

12、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構1冷灰斗結構2燃燒器區(qū)水冷套結構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冷灰斗結構2燃燒器區(qū)水冷套結構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構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懸吊系統(tǒng)來分擔爐膛的重量，這也是螺旋管圈水冷壁的一大缺點。Pg1為一根管子所受的爐膛重量負載，p為管內(nèi)工質(zhì)壓

13、力，由管內(nèi)壓力p產(chǎn)生的沿管子切向的應力為軸向應力的2倍，要達到管子的切向和軸向等強度，管子軸向還有一半的承重裕度。Pg為爐膛的重量負載，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作用在管子整個長度的縱剖面上。因此在螺旋管的縱向剖面上的強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爐膛重量。2本水冷壁螺旋管圈的懸吊結構(四) 剛性梁結構 剛性梁的作用是增加鍋爐膜式壁的剛性，保護膜式壁管子。鍋爐的膜式壁運行時本身受內(nèi)壓作用，同時又受到爐內(nèi)煙氣壓力的作用，還要考慮到壁面承受風載和發(fā)生地震時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，但引風機還在抽吸時所謂負爆現(xiàn)象。11900t/l超臨界壓力鍋爐剛性梁特點 WlPB和WIPBL分別為用IPB和IPBL工字鋼加工成的復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 該鍋爐的剛性梁可分為下列幾部分：標高17745mm以下為冷灰斗剛性梁，標高17745至46901mm之間為螺旋管圈剛性梁，標高54500至69200mm之間為水