鍋爐新系統(tǒng)提高質(zhì)量與效率

水冷壁管工質(zhì)質(zhì)量流速鍋爐變壓運(yùn)行時(shí)，從額定負(fù)荷變化至最低直流負(fù)荷，鍋爐運(yùn)行壓力將從超臨界壓力降至亞臨界、超高壓和高壓。水冷壁內(nèi)工質(zhì)由單 相變?yōu)殡p相，工質(zhì)的溫度也有很大變化。因此，水冷壁系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要防止發(fā)生傳熱惡化和出現(xiàn)不穩(wěn)定的流動(dòng)。對(duì)于變壓運(yùn)行超臨界直流鍋爐，水冷壁設(shè)計(jì)必須 考慮不同負(fù)荷參數(shù)下的傳熱特性：(1)在超臨界壓力下，管內(nèi)單相介質(zhì)的傳熱系數(shù)比亞臨界雙相介質(zhì)低，流體溫度高，因此水冷壁壁溫最高。(2)在近臨界區(qū) 域，工質(zhì)的物性變化大，需控制在高熱負(fù)荷區(qū)不發(fā)生蒸干。(3)在亞臨界區(qū)域，對(duì)下?tīng)t膛高熱負(fù)荷區(qū)水冷壁，要防止膜態(tài)沸騰的產(chǎn)生;而在上爐膛垂直管屏，則要 抑制水冷壁蒸干區(qū)域壁溫的升高幅度。(4)在啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，壓力降低使得汽水密度差別增大，容易產(chǎn)生較大的熱偏差和不穩(wěn)定流動(dòng)。

為保證在各種運(yùn)行工況下水冷壁運(yùn)行的安全性，水冷壁管材選用SA-213T12耐熱低合金鋼，使得運(yùn)行管壁溫度有較大的安全裕度;另一方面選取 較高的質(zhì)量流速，在任何工況下都要大于相應(yīng)熱負(fù)荷下的最低界限質(zhì)量流速，保證水冷壁管有足夠的冷卻能力。水冷壁出口過(guò)熱度和入口欠焓對(duì)于直流鍋爐，蒸發(fā)受 熱面與過(guò)熱受熱面之間沒(méi)有一個(gè)固定的分界點(diǎn)，因此水冷壁出口工質(zhì)過(guò)熱度的合理確定是十分重要的。在額定負(fù)荷下，水冷壁出口溫度的選取主要取決于內(nèi)置式汽水 分離器的設(shè)計(jì)溫度和水冷壁管材的使用溫度。水冷壁出口溫度選取過(guò)高，分離器材質(zhì)就要升級(jí)或增加壁厚，對(duì)水冷壁管也一樣。

另一方面，水冷壁進(jìn)口工質(zhì)的溫度(過(guò)冷度)也有一定限制，水冷壁進(jìn)口水必須有一定的欠焓，絕對(duì)不允許工質(zhì)汽化造成水冷壁傳熱工況惡化。但入口欠 焓又不允許過(guò)大，欠焓過(guò)大，又會(huì)給水冷壁系統(tǒng)水動(dòng)力的穩(wěn)定性帶來(lái)問(wèn)題。變壓運(yùn)行直流鍋爐對(duì)水冷壁進(jìn)口工質(zhì)欠焓的要求主要在最低直流負(fù)荷下，因?yàn)榇藭r(shí)運(yùn)行壓 力低，工質(zhì)容易汽化。特別在啟動(dòng)工況下，隨著運(yùn)行壓力提高，分離器水溫度也提高，進(jìn)入除氧水箱的熱量增加，此時(shí)應(yīng)特別注意防止水冷壁進(jìn)口工質(zhì)汽化，一般水 冷壁進(jìn)口工質(zhì)過(guò)冷度不得少于5℃。避免水動(dòng)力不穩(wěn)定的主要措施是水冷壁進(jìn)口工質(zhì)的欠焓要小于產(chǎn)生水動(dòng)力不穩(wěn)定的界限欠焓，所以在最低直流負(fù)荷下水冷壁進(jìn)口 工質(zhì)的欠焓要也不宜過(guò)大。

進(jìn)一步減小水冷壁出口溫度偏差的措施實(shí)際運(yùn)行中，由于管間吸熱偏差和結(jié)構(gòu)上的偏差，而引起管間工質(zhì)溫度、壓力、干度的差別。直流鍋爐具有較強(qiáng)的 強(qiáng)制流動(dòng)特性，對(duì)于熱負(fù)荷高的偏差管，管內(nèi)工質(zhì)的流量降低，出口工質(zhì)的溫度升高。一方面流量降低致使?fàn)t內(nèi)管壁溫度升高，甚至產(chǎn)生傳熱惡化;另一方面出口溫 度升高加大了管間的熱應(yīng)力，致使管屏變形甚至損壞。原則上，螺旋管圈的圈數(shù)愈多，水冷壁出口溫度偏差愈小，但水阻力增大，因此需選擇一個(gè)合理的圈數(shù)。

對(duì)于上爐膛垂直管屏，由于螺旋管圈出口汽水混合物的干度已在0.8以上，因此中間混合集箱的汽水分配已不成問(wèn)題，不會(huì)因汽水分配不均而引起垂直 管屏過(guò)大的熱偏差。П型布置對(duì)沖燃燒的鍋爐后水冷壁結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，前后墻與兩側(cè)墻之間熱負(fù)荷偏差也較大，為此通過(guò)爐膛水冷壁出口下降管又實(shí)現(xiàn)一次工質(zhì)混合， 而后經(jīng)折焰角、水平煙道斜坡、對(duì)流管速和水平煙道兩側(cè)墻引出，避免后墻水冷壁與兩側(cè)墻水冷壁之間產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，保證水冷壁工作的安全性。

螺旋管圈水冷壁水動(dòng)力不穩(wěn)定性分析(1)倒流和停滯。超臨界直流鍋爐在最低直流負(fù)荷以下采用再循環(huán)運(yùn)行方式，水冷壁仍具有較強(qiáng)的強(qiáng)制流動(dòng)特性， 故所有上升管屏都不會(huì)發(fā)生倒流，不必進(jìn)行倒流校驗(yàn)。同時(shí)，無(wú)論是下?tīng)t膛螺旋管圈水冷壁還是上爐膛垂直管屏，在最低直流負(fù)荷下的工作壓差(平均受熱管的重位 壓差和流動(dòng)阻力的總和)總大于管圈最大停滯壓差，也不會(huì)發(fā)生停滯現(xiàn)象。

(2)多值性。它是指管屏的水動(dòng)力特性呈三次方曲線，故對(duì)應(yīng)于一個(gè)壓降有3個(gè)流量，從而造成很大流量偏差或不穩(wěn)定。影響螺旋管圈水冷壁水動(dòng)力特 性穩(wěn)定性的主要因素是運(yùn)行壓力和入口工質(zhì)的欠焓。提高運(yùn)行壓力和減少進(jìn)口欠焓有利于提高穩(wěn)定性，但運(yùn)行壓力和進(jìn)口欠焓是考慮各種困素由設(shè)計(jì)確定的參數(shù)，因 此要求運(yùn)行操作不能遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)工況。對(duì)于上爐膛垂直管屏，由于入口工質(zhì)已是干度較高的汽水混合物，同時(shí)重位壓降的影響也使水動(dòng)力特性趨向穩(wěn)定，安全裕度更 大，不必再進(jìn)行校核。對(duì)于冷態(tài)啟動(dòng)工況，水冷壁工作壓力為8MPa，水平管單值性極限欠焓為336.35kJ/kg，就是說(shuō)只要此時(shí)保持水冷壁入口的欠焓 少于336.35kJ/kg，相應(yīng)入口水溫超過(guò)220℃，就能避免出現(xiàn)水動(dòng)力多值性。