專利名稱：一種低質量流率垂直水冷壁布置方法
技術領域：
本發明涉及一種鍋爐水冷壁布置方法，屬于鍋爐設計技術。
背景技術：
超臨界煤粉鍋爐是目前火力發電的主力機組，無論采用四角切圓燃燒方式還是前后墻對沖燃燒方式，爐膛內總是存在熱負荷不均勻現象，容易導致垂直水冷壁發生流量偏差和溫度偏差，造成水冷壁局部超溫發生爆管等嚴重的水動力事故。目前，工程上為了消除溫度偏差的方法一般包括采用螺旋管圈、加裝節流管圈等。螺旋管圈具有空間利用率高， 換熱效率高，結構緊湊等優點，但也具有其制造成本高，自身阻力大，支撐系統將復雜，安裝難度大，設計開孔困難等缺陷；加裝節流管圈可以通過改變水冷壁各上升管之間的流量分布來調節水冷壁內的工質溫度偏差，但是它增大水泵功耗，容易出現結垢從而造成水冷壁爆菅ο為了降低超臨界超超臨界煤粉鍋爐水冷壁的制造成本，降低鍋爐運行維護費用， 同時保證水動力的安全，迫切需要一種設計制造成本低、運行效果良好、安裝維護方便的水冷壁布置方式。本發明提出一種低質量流率水冷壁布置方法，其特征是水冷壁上升管按不等間距布置，位于爐膛低熱流密度范圍的兩側區域上升管間距較大，位于爐膛高熱流密度范圍的中間區域的上升管間距較小，每根管之間的間距與熱流分布呈反比。同時，采用低質量流率降低了水冷壁上升管的自身阻力。與傳統的超臨界超超臨界機組的水冷壁布置方式相比，非等節距低質量流率垂直水冷壁具有制造成本低，自身阻力小，支撐系統簡單，結構簡單，安裝維護方便，設計開孔容易，工質溫度偏差較小等優點，能夠滿足實際生產需要。
發明內容
本發明在超臨界超超臨界煤粉鍋爐的設計經驗基礎上，為了解決爐膛水冷壁上升管內工質的吸熱量與爐膛內熱流密度分配不匹配的問題，提出了一種低質量流率垂直水冷壁布置方法。本發明的技術方案如下一種低質量流率垂直水冷壁布置方法，該方法采用水冷壁上升管按非等間距布置，位于爐膛低熱流密度范圍的兩側區域上升管間距較大，位于爐膛高熱流密度范圍的中間區域上升管間距較小，每根管之間的間距與熱流分布呈反比。同時，采用低質量流率降低了水冷壁上升管的自身阻力。本發明采用低質量流率非等節距布置的水冷壁上升管布置爐膛受熱面，改善了水冷壁出口工質的溫度偏差和流量偏差，可大大降低現有超臨界鍋爐水冷壁布置方式的復雜程度，減小水冷壁自身阻力，方便檢修維護，同時能保證水動力安全。該方法中，每根管之間的間距與熱流分布呈反比，按如下公式求取。QX\ = qXs， 其中，Q表示爐膛平均熱流密度，S0表示平均管節距，q表示該位置的上升管熱流密度，s表示該管節距。該方法采用低質量流率垂直上升水冷壁管，對水冷壁上升管整體采用垂直布置方式，水冷壁上升管內工質保持低質量流率，在鍋爐最大連續蒸發量(BMCR)工況下的流率范圍為 1100 1400kg/m2s。為了減小不等節距布置的水冷壁出口工質溫度偏差，可在熱流密度最低的爐膛角部10根管加裝節流圈，以保證水冷壁出口工質的溫度偏差小于50°C。本發明與現有技術方案相比具有以下突出性效果和優點1)采用非等節距布置垂直水冷壁，使各管之間的工質吸熱量分配合理，減小了工質的溫度偏差，降低了水冷壁爆管風險；2)采用垂直上升水冷壁管，降低了鍋爐制造成本，方便安裝維護保證設計的經濟性；3)采用低質量流率，使水冷壁摩擦壓降減小，降低了水泵功耗，節約了鍋爐運行成本。
圖1為一種低質量流率垂直水冷壁布置方法示意圖。1-垂直水冷壁；2-非等節距鰭片；3-前墻；4-側墻；5-后墻。
具體實施例方式下面結合附圖進一步說明本發明的原理、具體結構及最佳實施方式。圖1為一種低質量流率垂直水冷壁布置方法示意圖。主要包括垂直水冷壁1、非等節距鰭片2。工質從水冷壁給水集箱進入水冷壁，在垂直水冷壁1中升溫吸熱后被送入水冷壁出口集箱。該方法所述水冷壁上升管整體采用垂直布置方式，按非等間距布置，位于爐膛低熱流密度范圍的兩側區域上升管間距較大，位于爐膛高熱流密度范圍內的中間區域上升管間距較小；每根管之間的間距與熱流分布呈反比，按如下公式求取=QXStl = qXs ；其中， Q表示爐膛平均熱流密度，&表示平均上升管節距，q表示該位置的上升管熱流密度，s表示該管節距。水冷壁管可隨鍋爐負荷的變化調整其工質流速范圍，在鍋爐最大連續蒸發量 (BMCR)工況下的流率范圍為1100 1400kg/m2s，以保證水冷壁管的外壁溫度不超溫，相鄰兩水冷壁之間的管壁溫差不超過80°C。為了減小非等節距布置的水冷壁出口工質溫度偏差，可在熱流密度最低的爐膛角部水冷壁上升管加裝節流圈，以保證水冷壁出口工質的溫度偏差小于50°C。對比傳統的超臨界鍋爐水冷壁布置方式，該方法采用非等節距布置時，水冷壁局部吸熱量與爐膛內局部熱負荷分布對應，使各管間工質吸熱量分布合理，溫度偏差較小；當采用垂直水冷壁時，降低了鍋爐制造成本，方便安裝維護保證設計的經濟性；而當采用低質量流率時，水冷壁摩擦壓降減小，降低了水泵功耗，節約了鍋爐運行成本，使之更適于運行實際。
權利要求
1.一種低質量流率垂直水冷壁布置方法，其特征在于水冷壁上升管整體采用垂直布置方式，按非等間距布置，位于爐膛低熱流密度范圍的兩側區域上升管間距較大，位于爐膛高熱流密度范圍內的中間區域上升管間距較小；每根管之間的間距與熱流分布呈反比，按如下公式求取QX& = qXs ；其中，Q表示爐膛平均熱流密度，&表示平均上升管節距，q 表示該位置的上升管熱流密度，s表示該管節距。
2.如權利要求1所述低質量流率垂直水冷壁布置方法，其特征在于水冷壁上升管內工質在最大連續蒸發量工況下的流率范圍為1100 1400kg/m2s。
3.如權利要求1所述低質量流率垂直水冷壁布置方法，其特征在于在熱流密度最低的爐膛角部的水冷壁上升管加裝節流管圈。
全文摘要
一種低質量流率垂直水冷壁布置方法，屬于鍋爐設計技術領域。本發明水冷壁上升管按非等間距布置，位于爐膛低熱流密度范圍的兩側區域上升管間距較大，位于爐膛高熱流密度范圍的中間區域上升管間距較小，每根管之間的間距與熱流分布呈反比。同時，采用低質量流率降低了水冷壁上升管的自身阻力。本發明采用低質量流率非等節距布置的水冷壁上升管布置爐膛受熱面，改善了水冷壁出口工質的溫度偏差和流量偏差，可大大降低現有超臨界鍋爐水冷壁布置方式的復雜程度，減小水冷壁自身阻力，方便檢修維護，同時能保證水動力安全。
文檔編號F22B37/10GK102444886SQ201110426610
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者劉青, 呂俊復, 吳玉新, 張大龍 申請人:清華大學