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1、NCEPUNCEPU1000MW1000MW超超临界锅炉的水冷壁结构超超临界锅炉的水冷壁结构华北电力大学华北电力大学李斌李斌NCEPUNCEPU名称名称哈锅哈锅东锅东锅上锅上锅炉型型炉炉塔式炉燃烧方式八角双切圆燃烧前后墙对冲四角切圆水冷壁形式水冷壁形式垂直管圈带中间垂直管圈带中间混合联箱混合联箱螺旋管圈螺旋管圈+上部上部垂直管屏垂直管屏螺旋管圈螺旋管圈+上部垂直上部垂直管屏管屏启动系统分离器/储水箱+启动循环泵分离器/储水箱+启动循环泵分离器/储水箱、疏水泵+启动循环泵过热器调温方式煤水比+三级喷水减温+燃烧器摆角煤水比+二级喷水减温煤水比+二级喷水减温+燃烧器摆角再热器调温方式烟气挡板+燃烧
2、器摆角+事故喷水烟气挡板+事故喷水燃烧器摆角+事故喷水三大锅炉厂三大锅炉厂1000MW超超临界锅炉技术特点超超临界锅炉技术特点NCEPUNCEPU采用螺旋管圈垂直管圈方式采用螺旋管圈垂直管圈方式v 炉膛水冷壁采用螺旋管炉膛水冷壁采用螺旋管圈垂直管圈方式（即下圈垂直管圈方式（即下部炉膛的水冷壁采用螺旋部炉膛的水冷壁采用螺旋管圈（内螺纹管），上部管圈（内螺纹管），上部炉膛的水冷壁为垂直），炉膛的水冷壁为垂直），保证质量流速符合要求。保证质量流速符合要求。v 水冷壁采用全焊接的膜水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁式水冷壁 v 水冷壁采用一次中间混水冷壁采用一次中间混合联箱来实现螺旋管至垂合联箱来实现螺旋管
3、至垂直水冷壁管的过渡直水冷壁管的过渡 NCEPUNCEPU吸热不均的炉膛和螺旋水冷壁吸热不均的炉膛和螺旋水冷壁 v 倾斜上升的水冷壁管保证每根管都通过炉膛不同受热区域。倾斜上升的水冷壁管保证每根管都通过炉膛不同受热区域。水冷壁倾斜管环绕圈数为水冷壁倾斜管环绕圈数为1 1周，每根蒸发器管通过炉膛热周，每根蒸发器管通过炉膛热和冷的区域，结果是水冷壁均匀吸热和冷的区域，结果是水冷壁均匀吸热, ,不受火球位置影响，不受火球位置影响，水冷壁出口温度较为均匀。水冷壁出口温度较为均匀。 REARWALLRIGHT SIDEWALL Inclined tubing LEFT SIDEWALLFRONTWALL
4、NCEPUNCEPU燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器水冷壁出口水冷壁出口介质温度介质温度垂直管布置水冷壁垂直管布置水冷壁螺旋上升式水冷壁螺旋上升式水冷壁热负荷热负荷前墙侧墙后墙侧墙前墙侧墙后墙侧墙流向流向流向流向流向流向流向流向NCEPUNCEPU螺旋管圈数量与炉膛周界关系螺旋管圈数量与炉膛周界关系 v 管子根数 N为并列螺旋管根数；L为炉膛周界；a为螺旋管上升角；t为水冷壁管子节距。 sinLNtNCEPUNCEPU 自由选择管子尺寸和数量：布置与选择管径灵活，易于获得足够的质量流速 螺旋管圈水冷壁所需管子根数和管径，可通过改变管子水平倾斜角度来调整，使之获得合理的设计值，以
5、确保锅炉安全运行与水冷壁自身的刚性。 管子根数大大减少，而且这种减少水冷壁管子根数的办法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。 NCEPUNCEPUv螺旋管圈盘绕的圈数螺旋管圈盘绕的圈数 这与螺旋角和炉膛高度有关。圈数太少会部分丧失螺这与螺旋角和炉膛高度有关。圈数太少会部分丧失螺旋管圈在减少吸热偏差方面的效益；旋管圈在减少吸热偏差方面的效益； 圈数太多会增加水冷壁的阻力从而增加水泵功耗，而圈数太多会增加水冷壁的阻力从而增加水泵功耗，而且在减少吸热偏差的效益方面增益不大。且在减少吸热偏差的效益方面增益不大。 合理的盘绕圈数的推荐值是合理的盘绕圈数的推荐值是1.5-2.5
6、1.5-2.5圈左右。圈左右。NCEPUNCEPU北疆电厂螺旋管圈数为北疆电厂螺旋管圈数为1.201.20圈圈 NCEPUNCEPU内螺纹螺旋管圈水冷壁内螺纹螺旋管圈水冷壁: : 采用内螺纹管，提高水冷壁安全裕度采用内螺纹管，提高水冷壁安全裕度 技术特点：采用管螺旋管圈 控制合理的设计平均质量流速，防止亚临界状态下的传热恶化，提高高负荷下的安全裕度。选取较高的质量流速 较高的流速可以确保更高的传热性能和流动可靠性，确保水冷壁有较高的安全性和较大的安全裕度。结论：通过采用内螺纹管及选取合适的质量流速，水冷壁安全裕度得到极大的提高，汽水阻力仅增加约10%。NCEPUNCEPU内螺纹管结构内螺纹管结
7、构NCEPUNCEPU内螺纹管防止传热恶化的机理内螺纹管防止传热恶化的机理螺旋管圈+内螺纹管漩涡效果 重力作用管子内表面充满了液体 NCEPUNCEPU（二）下部螺旋管圈向上部垂直管屏的过渡区（二）下部螺旋管圈向上部垂直管屏的过渡区 为了便于水冷壁的悬吊，再加上炉膛上部热负荷低，为了便于水冷壁的悬吊，再加上炉膛上部热负荷低，垂直管屏内工质的质量流速已足以冷却管壁，因此螺垂直管屏内工质的质量流速已足以冷却管壁，因此螺旋管圈通常在折焰角下方转换成垂直管屏。旋管圈通常在折焰角下方转换成垂直管屏。 螺旋管向垂直管的过渡是依靠特殊铸造的单弯头、双螺旋管向垂直管的过渡是依靠特殊铸造的单弯头、双弯头以及中间
8、混合集箱及其引入、引出管来实现。弯头以及中间混合集箱及其引入、引出管来实现。 NCEPUNCEPU螺旋水冷壁螺旋水冷壁垂直水冷壁垂直水冷壁混合集箱混合集箱垂直水冷壁入口集箱垂直水冷壁入口集箱NCEPUNCEPU垂直水冷壁 螺旋水冷壁出口 垂直水冷壁进口螺旋水冷壁NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU下部螺旋水冷壁管屏带弯头出厂NCEPUNCEPU现场水冷壁的布置图NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU螺旋管圈水冷壁NCEPUNCEPU螺旋管圈的支撑螺旋管圈的支撑 v 垂直管圈炉膛水冷壁本身就作支吊件，支承炉膛荷重。v 而近乎水平的螺旋管圈水冷壁的重量通过张力扳张力扳将力传递至炉膛上部垂直水
9、冷壁。v 张力扳的横向节距为1500mm，板厚12mm，板宽2100mm，由平行的两块板组成。在两块板间沿管子轴线方向间距400500mm布置的梳形板作为管子与张力板间的连接件，其作用是一方面传递水冷壁的重力，另一方面起热桥的作用，将水冷壁的热量传递给张力板，使张力板的温度与水冷壁温度有良好的跟随性，以减少二者间存在的温度应力。 NCEPUNCEPUv 张力扳的横向节距为张力扳的横向节距为1500mm1500mm，板厚，板厚12mm12mm，板宽，板宽2 2100mm100mm，由平行的两块板组，由平行的两块板组成。在两块板间沿管子轴线方向间距成。在两块板间沿管子轴线方向间距400400500
10、mm500mm布置的梳形板作为管子与张布置的梳形板作为管子与张力板间的连接件，其作用是一方面传递水冷壁的重力，另一方面起热桥的作力板间的连接件，其作用是一方面传递水冷壁的重力，另一方面起热桥的作用，将水冷壁的热量传递给张力板，使张力板的温度与水冷壁温度有良好的用，将水冷壁的热量传递给张力板，使张力板的温度与水冷壁温度有良好的跟随性，以减少二者间存在的温度应力跟随性，以减少二者间存在的温度应力。NCEPUNCEPUSPI RAL W ALL SUPPO RTSPI RAL W ALL SUPPO RTSpiral to Vertical Transition Area - Load Transf
11、erSPI RAL W ALL SUPPO RTSPI RAL W ALL SUPPO RTSpiral to Vertical Transition Area - Load TransferNCEPUNCEPU上部垂直水冷壁的出口支吊方式上部垂直水冷壁的出口支吊方式 NCEPUNCEPU小结小结布置与选择管径灵活，易于获得足够的质量流速 螺旋管圈水冷壁所需管子根数和管径，可通过改变管子水平倾斜角度来调整，使之获得合理的设计值，以确保锅炉安全运行与水冷壁自身的刚性。 管子根数大大减少，而且这种减少水冷壁管子根数的办法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NCEPUNCE
12、PUv 采用管螺旋管圈 控制合理的质量流速，防止亚临界状态下的传热恶化，提高高负荷下的安全裕度。v 选取较高的质量流速 较高的流速可以确保更高的传热性能和流动可靠性，确保水冷壁有较高的安全性和较大的安全裕度。通过采用内螺纹管及选取合适的质量流速，水冷壁安全裕度得到极大的提高。内螺纹螺旋管圈水冷壁: 管间吸热偏差小，适应变压运行NCEPUNCEPU垂直管圈水冷壁v优点：优点：在满足水冷壁安全可靠的前提下，垂直管圈方案相比于螺旋管方案具有以下优点： 结构简单、便于安装。结构简单、便于安装。 不需用复杂的张力板结构，启动或负荷变化时热应力不需用复杂的张力板结构，启动或负荷变化时热应力较小。较小。 较
13、好的正向流动特性，在各种工况下保证水动力的稳较好的正向流动特性，在各种工况下保证水动力的稳定性。定性。 阻力较小，比螺旋管圈水冷壁少阻力较小，比螺旋管圈水冷壁少1/31/3。NCEPUNCEPU玉环电厂玉环电厂1000MW1000MW超超临界锅炉的改进超超临界锅炉的改进v 传统的一次上升垂直水冷壁的基础上，玉环电厂锅炉加装传统的一次上升垂直水冷壁的基础上，玉环电厂锅炉加装了带有二级分配器的水冷壁中间集箱，以降低水冷壁出口了带有二级分配器的水冷壁中间集箱，以降低水冷壁出口沿炉膛周界的工质温度偏差，根据沿炉膛周界的工质温度偏差，根据MHIMHI的经验，加装了带的经验，加装了带有二级混合器的水冷壁中间集箱后，水冷壁出口温度偏差有二级混合器的水冷壁中间集箱后，水冷壁出口温度偏差可减少可减少1/31/3以上以上. . NCEPUNCEPUv 将水冷壁入口的控制流量的节流孔圈由传统的装在水冷壁下集箱内改为装在水冷壁集箱的出口管接头上，以便于在运行和调试过程中更换节流孔圈，同时由于增加了装节流孔圈的管段直径，因此也提高流量调节的幅度。